МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА

Біотехнологія БРОДИЛЬНИХ ВИРОБНИЦТВ

Частина ІІ

ВизнаЧення якості пивного сусла та пива

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ

до лабораторного практикуму з дисципліни

Біотехнологія бродильних виробництв

для студентів спеціальності 6.0917

Харчова технологія та інженерія

Затверджено

на засіданні кафедри

технології органічних продуктів

Протокол № 4 від 28 грудня 2005 р.

Львів – 2005

Біотехнологія бродильних виробництв Ч. ІІ: Методичні вказівки та інструкція до лабораторного практикуму з дисципліни Біотехнологія бродильних виробництв для студентів спеціальності 6.0917 Харчова технологія та інженерія / Укл.: Кічура Д. Б., Березовська Н. І. Львів: Видавництво Національного університету Львівська політехніка, 2005.  20 с.

Упорядники: Кічура Д. Б., канд. техн. наук, доц.

Березовська Н. І., канд. хім. наук, доц.,

Відповідальний за випуск Піх З. Г., др. хім. наук, проф.

Рецензенти: Дзіняк Б. О., канд. техн. наук, доц.,

Никулишин І. Є., канд. техн. наук, доц.

1.1. Визначення основних характеристик пивного сусла

МЕТА РОБОТИ: Ознайомитися з найважливішими показниками пивного сусла, методами їх контролю та за визначеними показниками дати оцінку перебігу технологічного процесу затирання солоду і варіння пивного сусла.

1.2. Теоретичні основи

У гарячому охмеленому суслі повністю відсутнє повітря (кисень), у ньому містяться грубі суспензії, що утворилися при кип'ятінні його із хмелем. Наявність суспензій негативно впливає на подальші технологічні стадії  бродіння сусла, доброджування пива й колоїдну стійкість готового пива. Зі зниженням температури осаджуються грубі суспензії й виділяються тонкі суспензії, сусло насичується киснем, що сприяє нормальному розмноженню дріжджів і повному виділенню коагулюючих білків. Таким чином, метою охолодження й посвітління сусла є зниження його температури, насичення сусла киснем повітря й осадження зважених часток. Залежно від методів бродіння (низове або верхівкове) сусло охолоджують до 6  7 або 14  16 °С.

При низьких температурах сусло є сприятливим середовищем для розвитку мікроорганізмів. Небезпека інфікування особливо зростає зі зниженням температури сусла нижче 50 °С. Найбільша небезпека інфікування сусла виникає при його повільному охолодженні від 40 до 20 °С З, тому що ці найбільше сприятливі для розмноження шкідливих для пива мікроорганізмів (сарцин, оцтовокислих, молочнокислих і бактерій колі). Пізніше, коли в сусло будуть введені дріжджі, можливість інфікування зменшується. Для запобігання інфікування сусло потрібно швидко охолодити до встановленої, початкової температури бродіння 0  7 °С.

Підготовка сусла до бродіння полягає в освітленні й охолодженні його. Для підготовки сусла до бродіння застосовують комбіновану установку із двох апаратів: перший для видалення суспензій (осаду) і другий для охолодження сусла до заданої температури бродіння. Таким чином, охолодження сусла роблять у дві стадії.

Перша стадія охолодження гарячого сусла до 60  70 °С відбувається у відстійному апараті й триває 1,5  2 год, тобто порівняно повільно. Однак тривалість перебування сусла у відстійному апараті скоротити неможна, тому що для осадження грубих гарячих осадів необхідно не менш 2 год.

Друга стадія швидкого охолодження з 70  60 до 6 °С завершується в автоматизованому закритому пластинчастому теплообміннику.

Важливим процесом, що відбувається при охолодженні сусла, є виділення з нього суспензій. Розрізняють грубі й тонкі суспензії. Грубі суспензії утворяться при кип'ятінні сусла із хмелем. При охолодженні вони осаджуються, утворюючи осад, що прийнято називати гарячим або грубим осадом. Він складається з доволі великих частинок діаметром від 30 до 80 мкм, які добре осаджуються. Тому видалення грубого осаду не представляє великих труднощів. До того ж значна частина цього осаду вже затримується в хмелевіддільнику.

Грубий осад адсорбує у значних розмірах залізо, мідь та інші важкі метали й тим самим охороняє від їхньої шкідливої дії на дріжджі й пиво, у якому вони можуть бути причиною колоїдного помутніння. Видалення грубого осаду здійснюють у відстійних апаратах або в апаратах типу «Вірпул».

Дрібні суспензії, що утворяться в процесі охолодження сусла й, що виділяються у виді тонких суспензій, називаються холодним або тонким осадом. Із зниженням температури (менш 60° С) колись прозоре сусло починає каламутніти. Частина речовин, які добре розчинялися в гарячому суслі, стають нерозчинними й виділяються в холодному суслі. Наступаюче помутніння зумовлене наявністю дрібних часток діаметром близько 0,5 мкм. Тонкий осад складається на 35 % з дубильних речовин і на 65 % з β-глобуліна.

Тонкий осад починає виділятися при температурі близько 60 °С і остаточно виділяється в другій стадії охолодження сусла в пластинчастому теплообміннику (при охолодженні до 6  7 °С). Тонкий осад становить тільки 0,04  0,05 % від екстракту сусла, але роль його в готуванні пива значна. Цей осад покриває («замазує») поверхня дріжджових клітин і порушує їхню проникність, утруднюючи дифузію цукрів у клітину та їх зброджування. Через дрібний розмір часток тонкий осад осаджується надзвичайно повільно або навіть не осаджується. Видалення тонкого осаду утруднене й краще досягається сепаруванням.

Особливо важливо виділити із сусла білково-дубильні сполуки. Якщо білково-дубильні сполуки залишаються в суслі, що надходить на бродіння, то сусло стане мутний. При влученні цих сполук в апарати доброджування в пиві виникає помутніння, що важко усунути.

При охолодженні сусла випаровується деяка кількість води. Внаслідок цього об'єм сусла зменшується, і концентрація його відповідно підвищується. Збільшення концентрації залежить від способу охолодження й становить 0,1 % при закритому охолодженні й 0,4  1,2 % при відкритому охолодженні.

Періодичний спосіб готування пивного сусла відрізняється тривалістю процесів, великою витратою праці й обмеженою можливістю впровадження засобів автоматизації. Недарма протягом багатьох років як у колишньому СРСР, так і закордоном проводяться дослідження й розробки по вишукуванню й створенню раціональної технологічної схеми безперервного готування пивного сусла.

Для прискорення безперервного процесу затирання й оцукрення запропонована можливо швидка теплова обробка затору з наступним поділом його на багату ферментами рідку частину й густу, що піддається додатковій тепловій обробці під тиском з метою максимального витягу екстрактивних речовин. Після теплової обробки, охолодження й змішування з рідкою частиною густий затор проходить стадію дооцукрення й направляється на фільтрування.

Хімічний склад сухих речовин (СР) пивного сусла характеризує повноту перебігу ферментативних процесів при затиранні солоду і має важливе значення для одержання з нього пива хорошої якості зі специфічними для кожного сорту властивостями. Зокрема, вміст цукрів (мальтози) у суслі визначає максимальний вміст спирту в пиві; екстрактивні речовини (ЕР), які не зброджують, створюють повноту смаку пива; низькомолекулярні фракції білків, альбумози, пептони впливають на здатність пива до піноутворення, а високомолекулярні білки є причиною низької колоїдної стійкості пива. Важливими показниками пивного сусла також є вміст ізогумулону, дубильних речовин, його кислотність і колірність.

Середню пробу пивного сусла відбирають з сусловарильного котла за допомогою спеціального пробовідбірника - циліндричної латунної або алюмінієвої ємності з сітчатою кришкою. Об'єм гарячого сусла вимірюють за допомогою спеціальної рейки з поділками, які відповідають певній місткості сусловарильного котла.

Концентрацію екстрактивних речовин у пивному суслі визначають сахарометром. Концентрація гарячого охмеленого сусла повинна бути або строго стандартною (встановленою для кожного сорту пива), або меншою від стандартної на значення, що визначається випаровуванням води під час охолодження сусла. Оскільки сахарометри градуйовані відносно розчинів чистої сахарози, а ЕР сусла містять мальтозу, декстрини і білки, то для одержання точніших результатів сахарометри градуюють за розчинами пивного сусла з відомою концентрацією ЕР, яку визначають пікнометрично.

Склад ЕР пивного сусла характеризують відношенням вмісту цукрів до вмісту нецукрів, тобто до різниці між загальним вмістом ЕР і вмістом цукрів. Його значення повинне знаходитися в межах від 1:0,22 до 1:0,54.

Повноту оцукрення пивного сусла встановлюють за "йодною пробою", тобто за відсутністю характерного забарвлення при змішуванні досліджуваного сусла з розчином J₂. При виникненні сумнівів пивне сусло додатково випробовують на наявність продуктів неповного оцукрення. Для цього крохмаль і декстрини осаджують етиловим спиртом, розчиняють осад у дистильованій воді і перевіряють одержаний водний розчин на повноту оцукрення.

Вміст цукрів у пивному суслі визначають методом Бертрана. Він грунтується на окисленні мальтози розчином двовалентної міді (реактивом Фелінга), розчиненні утвореного осаду Cu₂O у кислому розчині сульфату амонію-заліза (ІІІ) і перманганатометричному визначенні кількості відновленого при цьому FeSO₄. Витрату KMnO₄ перераховують на кількість Cu₂O, утвореного при окисленні мальтози, і за табличними даними встановлюють вміст цукрів у суслі [6, 7]. У реакцію з реактивом Фелінга також вступають всі редукуючі цукри, а також нецукри, тому загальну кількість всіх речовин, які відновлюють двовалентну мідь, називають "сирою" мальтозою. Лернером запропоновано поляриметричний метод визначення вмісту цукрів у суслі, який грунтується на їх екстракції з пивного сусла 96%-м етиловим спиртом і поляризації одержаного фільтрату. Залежно від сорту пива вміст цукрів у пивному суслі повинен становити від 65 до 80% від загальної кількості ЕР. Менше мальтози міститься у суслі темних сортів (65- 70%), більше - у суслі світлих сортів пива (75-80%).

Серед нецукрів, які входять до складу пивного сусла, важливу роль відіграють азотвмісні сполуки, загальний вміст яких становить 0,8-1,2% від загальної кількості ЕР сусла, зокрема білків, здатних до коагуляції - 0,22-0,30%, амінного азоту - 0,23-0,35%.

Продукти гідролізу білків пивного сусла діляться на 3 фракції (за Лундіним). До фракції А належать здатні до коагуляції високомолекулярні азотвмісні сполуки (лейкозин, ейдестин), які погіршують стійкість пива. Їх вміст можна визначити за таніновим показником, який характеризує здатність високомолекулярних білків осаджуватися у таніновому розчині (визначається фотоколоримерично). До фракції В належать альбумози, пептони, поліпептиди, які мають поверхнево-активні властивості і позитивно впливають на здатність пива до піноуворення. Низькомолекулярні сполуки (фракція С) - пептиди, амінокислоти і аміди - необхідні для харчування дріжджів. Амінокислоти також беруть участь у формуванні смаку і аромату пива. Фракційний склад білків у 12-13%-у пивному суслі, яке містить 85-100 мг загального азоту у 100 мл, характеризується такими показниками (у мг/100 мл): фракція А - 12-15, фракція В - 12-15, фракція С - 60-76.

Важливим компонентом пивного сусла також є ізомеризована -кислота - ізогумулон - джерело гіркоти пива. Її вміст визначають спектрофотомерично в ізооктановій витяжці з пивного сусла.

Активна кислотність (pH) сусла визначається концентрацією іонів водню та хімічною взаємодією катіонів і аніонів води та сусла. Активна кислотність сусла регулюється при затиранні і повинна становити 5,3-5,5. Кислотність визначають титриметрично у присутності фенолфталеїну. Для забезпечення стандартної кислотності пива кислотність сусла не повинна перевищувати 2,3-4,6 мл 1 н розчину NaOH на 100 мл сусла.

Колірність пивного сусла визначають фотоколориметрично за йодною шкалою і виражають у мл 0,1 н розчину J₂ на 100 мл води. Вона зумовлена забарвленням сировини, що використовується для приготування сусла, та проміжних продуктів, утворених у процесі затирання сировини і варіння сусла з хмелем. Колірність пивного сусла не повинна перевищувати стандартну колірність пива.

Принцип визначення відносної в'язкості пивного сусла віскозиметром Оствальда полягає у послідовному встановленні і порівнянні при температурі 20^оС тривалостей витікання дистильованої води і сусла, з одного й того ж об'єму віскозиметра, обмеженого мітками.