2. Основные стадии производства
Производство пива состоит из следующих основных стадий (рис. 10):
приготовление пивного сусла (включает операции: очистку и дробление зернопродуктов; приготовление затора; фильтрование затора; кипячение сусла с хмелем; осветление и охлаждение охмеленного сусла);
сбраживание сусла;
дображивание и созревание молодого пива;
осветление пива;
розлив готового напитка.
3. Очистка и дробление зернопродуктов
Солод после отлежки перед подачей в производство очищают от пыли, остатков ростков на солодополировочной машине. При этом поверхность солода становится блестящей, вкус чистым. Ячмень освобождают от примесей на воздушно-ситовом сепараторе. Металлические примеси отделяют от солода и несоложеного сырья на магнитных сепараторах или колонках. Очищенное сырье поступает на дробление.
Основная цель дробления - облегчить извлечение из зернового сырья экстрактивных веществ.
Зерно солода состоит из оболочек и эндосперма, которые измельчаются по-разному. Дробление осуществляют таким образом, чтобы оболочки разрушились в меньшей степени, иначе содержащиеся в них вещества (фенольные и минеральные) перейдут в раствор, что отрицательно скажется на вкусе и цвете пива.
Кроме того, сильно раздробленные оболочки ухудшают фильтрование затора.
Эндосперм, состоящий в основном из крахмала, необходимо измельчать как можно тоньше, чтобы экстрактивные вещества полнее перешли в раствор.
Дробленый солод (помол) - смесь частиц разной величины: шелухи (образуется при измельчении оболочки), крупной крупки (дают кончики зерна), мелкой крупки и муки (образуются при измельчении эндосперма).
Степень помола зависит от способа фильтрования (таблица 5).
Таблица 5
Оптимальный состав помола
Состав помола, % |
Фильтрование |
|
в фильтрационном чане |
на фильтр-прессе |
|
Шелуха |
20 |
9-12 |
Крупная крупка |
18-22 |
12-15 |
Мелкая крупка |
30 -35 |
30-35 |
Мука |
20-30 |
до 45 |
Дробление солода производится в дробильном отделении. Используют двух-, четырех- или шестивальцовые солододробилки. Вальцы гладкие, и солод, проходя между ними, раздавливается.
Ячмень и другое несоложеное сырье имеет более твердую консистенцию, поэтому для его измельчения применяют мельничные станки. Рабочий орган - рифленые вальцы. Они вращаются навстречу друг другу с различной скоростью и разрезают зерно наподобие ножниц.
4. Затирание зернопродуктов
Цель затирания - перевод в раствор экстрактивных веществ сырья при помощи воды определенной температуры и собственных ферментов солода.
Количество зернового сырья, предназначенного для затирания, называется засыпью, а необходимое количество воды - наливом. Соотношение воды и зернопродуктов лежит в пределах 1:4-1:5. Смесь дробленых зернопродуктов и воды - затор.
Солод и другие зернопродукты состоят из растворимых и не растворимых в воде соединений. Водорастворимые вещества легко и быстро переходят в раствор без участия ферментов. Но таких веществ в сырье мало (10-15 % к массе сухих веществ в солоде, в ячмене - в два раза меньше).
Нерастворимая часть зерна - крахмал, белки, некрахмальные полисахариды. Для перевода этих соединений в растворимое состояние их подвергают ферментативному гидролизу в ходе затирания.
Гидролиз крахмала. Происходит под действием амилолитических ферментов (α- и β-амилаз). Расщепление крахмала на продукты, которые не дают с йодом цветной реакции, называется осахариванием. Оно протекает в три стадии: клейстеризация, разжижение и собственно осахаривание.
Клейстеризация происходит при нагревании суспензии крахмала в воде, в результате образуется вязкий клейстер. Температура клейстеризации ячменного крахмала 75-80 ºС, солодового - 60 ºС.
Разжижение - результат действия α-амилазы. В итоге вязкость крахмаль-ного клейстера снижается.
Осахаривание происходит при совместном действии α- и β-амилаз.
Основные продукты гидролиза крахмала под действием:
α-амилазы - низкомолекулярные декстрины, мальтоза, глюкоза;
β-амилазы - высокомолекулярные декстрины, мальтоза, мальтотриоза.
Оптимальные условия действия:
α-амилазы - температура 70 ºС; рН 5,7;
β-амилазы - температура 60-65 ºС; рН 4,8.
Во время выдержки затора при температуре 63 ºС (мальтозная пауза) - образуется большое количество мальтозы, при температуре 70 ºС (пауза осахаривания) образуется как мальтоза, так и декстрины.
Общее количество сбраживаемых сахаров (глюкоза + мальтоза) должно составлять 50-60 %.
Гидролиз белков. При смешивании солода с водой в раствор переходит часть азотистых веществ (растворимые белки, полипептиды и аминокислоты, которые образовались при проращивании). Гидролиз основной части белков протекает под действием протеолитических ферментов: эндо- и экзопептидаз.
Основные продукты гидролиза. Эндопептидазы гидролизуют белки до полипептидов и пептидов. Экзопептидазы расщепляют пептиды и полипептиды до аминокислот. В основном, при затирании действует первая группа ферментов, так как они термостабильны и сохраняют свою активность при сушке солода.
Оптимальные условия действия:
- эндопептидаз - температура 45-50 ºС, рН 4,6-5,0;
- экзопептидаз - температура 40-45 ºС, рН 7-8.
При затирании проводят белковую паузу при температуре 50-52 ºС.
Гидролиз некрахмальных полисахаридов способствует снижению вязкости затора и улучшению фильтрации, а также облегчает доступ амилаз и протеаз к содержимому клеток. Происходит под действием комплекса цитолитических ферментов.
Основные продукты гидролиза - гексозы и пентозы.
Оптимальные условия цитолиза: рН 4,5-4,8; температура 40-45 ºС (цитолитическая пауза).
Гидролиз фосфорорганических соединений. Происходит под действием фермента фитазы. Она отщепляет от фитина инозитфосфорную кислоту, а затем расщепляет ее на шестиатомный спирт инозит и фосфорную кислоту. Образующиеся фосфаты создают буферность затора и используются при брожении в процессах фосфорилирования сахаров. Оптимальные условия действия: температура 48 ºС, рН 5,2.
Действие основных групп гидролитических ферментов лучше протекает в слабокислой среде, поэтому затор подкисляют молочной кислотой или гипсом.
Глубину ферментативных процессов регулируют температурой, продолжительностью пауз, рН среды и кипячением отдельных частей затора.
Приготовление пивного сусла осуществляется в варочных агрегатах. Это комплекс, состоящий из заторного, фильтрационного и сусловарочного аппаратов, соединенных трубопроводами между собой. Они бывают двух-, четырех и шестиаппаратные в зависимости от количества входящих в их состав котлов. Например, 6-аппаратные состоят из 2-х заторных, 2-х фильтрационных и 2-х сусловарочных аппаратов.
Затирание проводят двумя основными способами: настойным и отварочным. Каждый из них имеет несколько разновидностей.
Настойные способы характеризуются медленным нагреванием всего затора до 75 ºС без кипячения. Способ непродолжителен, сусло по углеводному и азотистому составу лучше, энергоемкость меньше, однако высокий выход экстракта обеспечивается только при переработке солода хорошего качества.
Пример настойного способа затирания. Дробленый солод смешивают с водой при температуре 40-45 оС и медленно нагревают по следующему режиму:
Далее затор направляют на фильтрацию.
Отварочные способы отличаются кипячением отдельных частей затора (отварок) и последующим смешиванием их с некипяченой частью. При этом температура всего затора повышается до 75 ºС. Отварки проводят с целью улучшения разваривания и клейстеризации крахмала, что в дальнейшем облегчает ферментативный гидролиз и, в конечном итоге, увеличивает выход экстракта. Различают одно-, двух- и трехотварочные способы.
Пример одноотварочного способа затирания.
В первом заторном котле дробленый солод смешивают с водой с температурой 54-56 ºС. Температура затора становится равной 50-52 ºС. При этой температуре затор выдерживают 30 мин (белковая пауза).
Затем отбирают 1/3 густую часть (отварка) во второй заторный котел и проводят процесс затирания по следующему режиму:
Затем отварку возвращают в первый котел и объединяют обе части затора. Температура становится равной 62-63 ºС. Далее процесс ведут по режиму:
Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Скорость подогрева затора - 1 ºС в минуту.
Так как солод является дорогостоящим сырьем, то в настоящее время часть солода заменяют несоложеным ячменем в количестве 15-30 %. В этом случае при затирании используют ферментные препараты: Амилосубтилин Г10х, Амилоризин П10х, МЭК и другие.