7. Осветление и охлаждение сусла

Цель данной стадии - осаждение взвешенных частиц, понижение температуры сусла и насыщение его кислородом.

В горячем охмеленном сусле отсутствует воздух, в нем содержатся грубые и тонкие взвеси, образовавшиеся при кипячении его с хмелем (влияют на процессы брожения, дображивания и стойкость), скоагулированные белки, придающие пиву грубую горечь. Процесс осветления сусла осуществляется двумя основными способами: отстаиванием и сепарированием.

Отстаивание - взвеси оседают под действием силы тяжести. Используют отстойный аппарат - цилиндрический резервуар с наклонным дном. Одновременно сусло в аппарате охлаждается до 60 ºС в течение 1,5-2,0 час за счет имеющегося внутри змеевика, куда подается холодная вода. Так как отстойник не является герметично закрытым сосудом, то сусло насыщается кислородом воздуха. Недостатки данного способа осветления - длительность процесса, возможность инфицирования сусла, потери сусла в осадке.

Седиментация взвесей под действием центробежной силы происходит в сепараторах, однако они достаточно энергоемки. В настоящее время для осветления используют гидроциклонные аппараты, представляющие собой цилиндрический сосуд с плоским наклонным днищем. Отделение взвесей происходит за счет центростремительных сил, так как сусло вводится тангенциально под углом 36º к обечайке аппарата со скоростью 15-20 м/с, что вызывает вращение сусла. В результате взвеси оседают в центре аппарата в виде конусообразного осадка. За счет высокой температуры (90 ºС) сусло стерильное, длительность процесса 20-40 мин. Основной недостаток - отсутствует насыщение кислородом воздуха.

Сусло охлаждают, в основном, в пластинчатых теплообменниках до температуры 6-7 ºС при низовом брожении и до 14-16 ºС при верховом.

Для нормальной жизнедеятельности дрожжам необходим кислород в количестве 6-8 мг/дм³. Насыщение кислородом происходит путем физического растворения и химическим путем (за счет потребления его на окислительные процессы). Физическое растворение начинается при температуре ниже 40 ºС. В основном, кислород связывается химическим путем. В результате окислительных процессов снижается хмелевая горечь и аромат, сусло темнеет.

После осветления сусла остается отход - белковый отстой. Он может идти на корм рыбам, на получение белковых гидролизатов, которые используют для выращивания хлебопекарных дрожжей.

8. Брожение пивного сусла

В пивоварении процесс сбраживания сусла делят на две стадии: главное брожение и дображивание, протекающие при различных температурах и в разных производственных отделениях.

При главном брожении сбраживается основное количество сахаров сусла. В результате получается молодое пиво - мутная жидкость со своеобразным ароматом и вкусом.

В пивоварении для сбраживания используют пивные расы дрожжей, чаще всего низового брожения Saccharomyces carlsbergensis, реже верхового брожения Saccharomyces cerevisiae (при производстве Бархатного пива, эля).

При главном брожении протекают следующие основные процессы:

Биологические - связаны с размножением дрожжей, количество которых при главном брожении увеличивается по сравнению с первоначальным в 2-4 раза.

Биохимические - процессы спиртового брожения, т.е. превращение сбраживаемых сахаров в спирт и СО₂.

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + Q

В результате этого снижается массовая доля сухих веществ сусла (например, для Жигулевского с 11 % до 4,2-4,4 %) и образуется спирт.

Кроме основных продуктов брожения, в молодом пиве накапливаются побочные и вторичные (высшие спирты, альдегиды, эфиры, кислоты), которые придают вкус и аромат готовому напитку.

При брожении снижается рН с 5,3-5,5 в сусле до 4,2-4,2 в молодом пиве. Это происходит за счет образования СО₂ и органических кислот.

Физико-химические процессы характеризуются изменением окислительно-восстановительного потенциала (rH₂). За счет потребления кислорода дрожжами rH₂ понижается с 20 в сусле до 10 в молодом пиве. Чем ниже этот показатель, тем пиво более качественно.

Во время брожения пиво насыщается СО₂. По окончании главного брожения содержание СО₂ составляет 0,2 % масс. Растворимость его возрастает с понижением температуры. Поэтому, чтобы сохранить максимальное количество СО₂ в молодом пиве, в конце главного брожения температуру понижают.

В зависимости от температуры различают холодный и теплый режим брожения. Холодный - при температуре 6-9 ºС, теплый - при температуре 9-14 ºС.

Норма введения дрожжей в среднем 0,4-0,7 дм³/100 дм³ сусла, при этом в 1см³ сусла содержится около 20-25 млн. клеток.

Брожение протекает в бродильном отделении. Бывают наземные и подземные отделения. Температура 6-8 ºС. Для охлаждения помещения используют рассольные батареи или воздушное охлаждение (оно предпочтительнее).

Бродильные аппараты применяют открытые и закрытые (чаще всего). Изготавливают из металла. Отличительная особенность - наличие змеевика или рубашки для охлаждения бродящей среды.

При брожении за счет выделения тепла температура сусла повышается. Охлаждение производится путем подачи хладоагента (рассол, гликоль) в змеевик или рубашку. Молодое пиво в конце брожения охлаждают для оседания дрожжей и осветления продукта. Скорость охлаждения 1 ºС в сутки, так как дрожжи очень чувствительны к перепаду температур.

Контролируют процесс брожения по изменению температуры и концентрации сухих веществ. Главное брожение считается законченным при достижении определенной степени сбраживания. Степень сбраживания (V) - отношение количества сброженного экстракта к первоначальному экстракту сусла, выраженное в процентах.

V = (Е - е) _* 100 / Е,

где Е - экстракт начального сусла, %;

е - экстракт молодого пива, %.

Различают экстракты пива видимый (определяют при наличии в пиве спирта и СО₂) и действительный (определяют после удаления спирта и СО₂). Соответственно рассчитывают видимую и действительную степень сбраживания. Для Жигулевского пива видимый экстракт 4,5-4,0 %, видимая степень сбраживания 59,1- 63,6 %.

Продолжительность брожения составляет: для 11-13 %-го сусла - 7-8 суток, для сортов с более высоким содержанием экстракта 9-11 суток.

По окончании главного брожения молодое пиво охлаждают до температуры 4 ºС и перекачивают насосом в отделение дображивания для выдержки, а дрожжи, осевшие на дно аппарата, - в дрожжевое отделение.

Основной аппарат для хранения, обработки, а также съема дрожжей - монжю, кроме того, применяют бытовые эмалированные ванночки.

Часть дрожжей используют повторно в качестве семенных, избыточные дрожжи идут на корм скоту, сушку, получение различных препаратов (автолизатов, гидролизатов), ферментов.

Семенные дрожжи подрабатывают: для удаления механических загрязнений пропускают через дрожжевое сито и промывают биологически чистой водой с температурой 1-2 ºС; для освобождения от посторонних микроорганизмов проводят обработку кислотами (серной, ортофосфорной) и другими химическими веществами.

Хранят дрожжи под слоем воды, молодого пива или сусла при температуре 0-2 ºС не более 2-3 суток.

Кроме избыточных дрожжей, еще одним отходом при брожении является СО₂. Может быть утилизирован в виде жидкого или сжатого СО₂, либо в виде твердой углекислоты (сухой лед). Используется на предприятии для карбонизации пива или в производстве безалкогольных напитков.