
- •Л. Нарцисс краткий курс пивоварения Предисловие к седьмому изданию
- •Предисловие к шестому изданию
- •Содержание
- •1. Технология солодоращения
- •1.1. Пивоваренный ячмень
- •1.1.1. Строение зерна ячменя
- •1.1.2. Химический состав зерна ячменя
- •1.1.3. Свойства ячменя и их оценка
- •1.2. Подготовка ячменя к солодоращению
- •1.2.1. Приемка ячменя
- •1.2.2. Транспортное оборудование
- •1.2.3. Очистка и сортирование ячменя
- •1.2.4. Хранение ячменя
- •1.2.5. Дополнительное подсушивание ячменя
- •1.2.6. Вредители ячменя
- •1.2.7. Изменение массы ячменя во время хранения
- •1.3. Замачивание ячменя
- •1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя
- •1.3.2. Снабжение зерна кислородом
- •1.3.3. Очистка ячменя
- •1.3.4. Потребление воды
- •1.3.5. Аппараты для замачивания
- •1.3.6. Способы замачивания
- •1.4. Проращивание
- •1.4.1. Теория проращивания
- •1.4.2. Практические аспекты проращивания
- •1.5. Различные системы солодоращения
- •1.5.1. Токовая солодовня
- •1.5.2. Пневматическая солодовня
- •1.5.3. Оборудование для проращивания в пневматических солодовнях
- •1.5.4. Готовый свежепроросший солод
- •1.6. Сушка свежепроросшего солода
- •1.6.1. Общие положения
- •1.6.2. Сушилки
- •1.6.3. Процесс сушки
- •1.6.4. Контроль и автоматизация сушильных работ - обслуживание сушилок
- •1.6.5. Экономия тепла и энергии
- •1.6.6. Вспомогательные работы при сушке
- •1.6.7. Обработка солода после сушки
- •1.6.8. Складирование и хранение сухого солода
- •1.7. Потери при солодоращении
- •1.7.1. Потери при замачивании
- •1.7.2. Потери на дыхание и проращивание
- •1.7.3. Определение потерь при солодоращении
- •1.8. Свойства солода
- •1.8.1. Внешние признаки
- •1.8.2. Механический анализ
- •1.8.3. Технохимический анализ
- •1.9. Другие типы солода
- •1.9.1. Пшеничный солод
- •1.9.2. Солод из других зерновых культур
- •1.9.3. Специальные типы солода
- •2. Технология приготовления сусла
- •2.0. Общие вопросы
- •2.1. Пивоваренное сырье
- •2.1.1. Солод
- •2.1.2. Несоложеные материалы
- •2.1.3. Вода
- •2.1.4. Хмель
- •2.2. Дробление солода
- •2.2.1. Оценка помола
- •2.2.2. Солодовые дробилки
- •2.2.3.Свойства и состав помола
- •2.3. Затирание
- •2.3.1. Теория затирания
- •2.3.2. Практика затирания
- •2.3.3. Способы затирания
- •2.3.4. Некоторые проблемы при затирании
- •2.3.5. Контроль процесса затирания
- •2.4. Получение сусла. Фильтрование
- •2.4.1. Фильтрование с помощью фильтр-чана
- •2.4.2. Фильтр-чан
- •2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане
- •2.4.4. Фильтрование с помощью традиционного фильтр-пресса
- •2.4.5. Заторный фильтр-пресс (майш-фильтр)
- •2.4.6. Процесс фильтрования в фильтр-прессе (майш-фильтре)
- •2.4.7. Фильтр-пресс нового поколения
- •2.4.8. Фильтрование на новых заторных фильтр-прессах
- •2.4.9. Стрейнмастер
- •2.4.10. Непрерывные методы фильтрования
- •2.4.11. Сборник первого сусла
- •2.5.Кипячение и охмеление сусла
- •2.5.1. Сусловарочный котел
- •2.5.2. Испарение избыточной воды
- •2.5.3. Коагуляция белка
- •2.5.4. Охмеление сусла
- •2.5.5. Содержание ароматических веществ в сусле
- •2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла
- •2.5.7. Спуск сусла
- •2.5.8. Горячее охмеленное сусло
- •2.5.9. Дробина
- •2.5.10. Техника безопасности и управление процессом варки
- •2.6. Выход экстракта в варочном цехе
- •2.6.1. Расчет производительности варочного цеха
- •2.6.2. Оценка выхода экстракта в варочном цехе
- •2.7. Охлаждение сусла и удаление осадка взвесей горячего сусла
- •2.7.1. Охлаждение сусла
- •2.7.2. Поглощение кислорода суслом
- •2.7.3. Удаление осадка взвесей
- •2.7.4. Прочие процессы
- •2.7.5. Оборудование холодильного отделения
- •2.7.6. Использование холодильной тарелки, оросительного или закрытого холодильников
- •2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла
- •2.8. Выход холодного сусла
- •2.8.1. Измеряемые показатели
- •2.8.2. Расчет выхода экстракта с холодным суслом
- •3. Технология брожения
- •3.1. Пивные дрожжи
- •3.1.1. Морфология дрожжей
- •3.1.2. Химический состав дрожжей
- •3.1.3. Ферменты дрожжей
- •3.1.4. Размножение дрожжей
- •3.1.5. Генетика дрожжей
- •3.1.6. Генетическая модификация дрожжей
- •3.1.7. Автолиз дрожжей
- •3.2. Метаболизм дрожжей
- •3.2.1. Метаболизм углеводов
- •3.2.2. Метаболизм азотистых веществ
- •3.2.3. Метаболизм жиров
- •3.2.4. Метаболизм минеральных веществ
- •3.2.5. Ростовые вещества (витамины)
- •3.2.6. Продукты метаболизма и их влияние на качество пива
- •3.3. Дрожжи низового брожения
- •3.3.1. Выбор др ожж ей
- •3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей
- •3.3.3. Дегенерация дрожжей
- •3.3.4 . Снятие дрожжей
- •3.3.5. Очистка дрожжей
- •3.3.6. Хранение дрожжей
- •3.3.7. Отгрузка дрожжей
- •3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей
- •3.4. Низовое брожение
- •3.4.1. Бродильные отделения
- •3.4.2. Бродильные чаны
- •3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении
- •3.4.4. Проведение брожения
- •3.4.5. Ход главного брожения
- •3.4.6. Степень сбраживания
- •3.4.7. Перекачка пива из бродильного отделения
- •3.4.8. Изменения в сусле в ходе брожения
- •3.4.9. Образование co2
- •3.5. Дображивание и созревание пива
- •3.5.1. Отделение дображивания (лагерное)
- •3.5.2. Емкости для дображивания (лагерные танки)
- •3.5.3. Дображивание
- •3.6. Современные способы брожения и дображивания
- •3.6.1. Традиционный принцип работы бродильных танков и крупных емкостей
- •3.6.2. Применение буферных танков и центрифуг
- •3.6.3. Методы ускоренного брожения и созревания пива
- •3.6.4. Непрерывные способы брожения
- •4. Фильтрование пива
- •4.1. Теоретические основы фильтрования
- •4.2. Способы фильтрования
- •4.2.1. Масс-фильтр
- •4.2.2. Кизельгур
- •4.2.3. Пластинчатый фильтр-пресс
- •4.2.4. Мембранное фильтрование
- •4.2.5. Центрифуги
- •4.3. Комбинированные способы осветления
- •4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования
- •4.5. Вспомогательное оборудование и контрольно-измерительная аппаратура
- •4.5.1. Вспомогательное оборудование
- •4.5.2. Контрольно-измерительная аппаратура
- •4.6. Начало и окончание фильтрования
- •4.7. Дрожжевой осадок
- •4.8. Сжатый воздух
- •5. Розлив пива
- •5.1.Хранение фильтрованного пива
- •5.2. Розлив в бочки и кеги
- •5.2.1. Бочки и кеги
- •5.2.2. Мойка бочек
- •5.2.3. Розлив в бочки
- •5.2.4. Инновации в традиционном розливе пива в бочки
- •5.2.5. Розлив в кеги
- •5.2.6. Цех розлива в кеги
- •5.3. Розлив в бутылки и банки
- •5.3.1. Тара
- •5.3.2. Мойка бутылок
- •5.3.3. Розлив в бутылки
- •5.3.4. Мойка и дезинфекция установок розлива
- •5.3.5. Укупорка бутылок
- •5.3.6. Поглощение кислорода в процессе розлива
- •5.4. Стерильный розлив и пастеризация пива
- •5.4.1. Стерильный розлив
- •5.4.2. Пастеризация пива
- •5.5. Цех розлива в бутылки
- •6. Потери сусла и пива
- •6.1. Деление общих потерь
- •6.1.1. Потери сусла
- •6.1.2. Потери пива
- •6.2. Оценка потерь
- •6.2.1. Расчет потерь по жидкой фазе
- •6.2.2. Перерасчет потерь
- •6.2.3. Расчет выработанного сусла и пива на 100 кг солода
- •6.2.4. Расчет потерь по экстракту горячего охмеленного сусла и засыпи солода
- •6.2.5. Использование остаточного и некондиционного пива
- •7. Готовое пиво
- •7.1. Состав пива
- •7.1.1. Экстрактивные вещества пива
- •7.1.2. Летучие соединения
- •7.2. Классификация пива
- •7.3. Свойства пива
- •7.3.1. Общие свойства
- •7.3.2. Окислительно-восстановительный потенциал
- •7.3.3. Цветность пива
- •7.4. Вкус пива
- •7.4.1. Вкусовые отличия
- •7.4.2. Факторы, влияющие на вкус пива
- •7.4.3. Дефекты вкуса пива
- •7.5. Пена пива
- •7.5.1. Теория пенообразования
- •7.5.2. Технологические факторы
- •7.6. Физико-химическая стойкость и ее стабилизация
- •7.6.1. Состав коллоидных помутнений
- •7.6.2. Образование коллоидного помутнения
- •7.6.3. Технологические способы повышения коллоидной стойкости пива
- •7.6.4. Стабилизация пива
- •7.6.5. Стабильность вкуса пива
- •7.6.6. Химическое помутнение
- •7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)
- •7.7. Фильтруемость пива
- •7.7.1. Причины плохой фильтруемости пива
- •7.7.2. Профилактические меры
- •7.8. Биологическая стойкость пива
- •7.8.1. Причины контаминации
- •7.8.2. Обеспечение биологической стойкости пива
- •7.9. Физиологическое действие пива
- •7.9.1. Пищевая ценность пива
- •7.9.2. Диетические свойства пива
- •7.10. Специальные типы пива
- •7.10.1. Слабоалкогольное пиво
- •7.10.2. Диетическое пиво
- •7.10.3. Безалкогольное пиво
- •7.10.4. Способы ограничения содержания спирта
- •7.10.5. Физические методы удаления спирта
- •7.10.6. Сочетание различных способов приготовления безалкогольного пива
- •7.10.7. Легкое пиво
- •8. Верховое брожение
- •8.1. Общие вопросы
- •8.2. Верховые дрожжи
- •8.2.1. Морфологические признаки
- •8.2.2. Физиологические различия
- •8.2.3. Технологические особенности брожения
- •8.2.4. Обработка дрожжей
- •8.3. Ведение верхового брожения
- •8.3.1. Бродильный цех и бродильные емкости
- •8.3.2. Свойства сусла
- •8.3.3. Внесение дрожжей
- •8.3.4. Ход главного брожения
- •8.3.5. Изменения в сусле при верховом брожении
- •8.3.6. Дображивание
- •8.3.7. Фильтрование и розлив
- •8.4. Различные типы пива верхового брожения
- •8.4.1. Пиво типа Alt (регион Дюссельдорфа, Нижнего Рейна)
- •8.4.2. Пиво типа Кёльш
- •8.4.3. Пшеничное бездрожжевое пиво
- •8.4.4. Пшеничное дрожжевое пиво
- •8.4.5. Пиво типа Berliner Weißbier
- •8.4.6. Сладкое солодовое пиво
- •8.4.7. Верховое «диетическое» пиво по баварской технологии
- •8.4.8. Безалкогольное пиво верхового брожения
- •8.4.9. «Лёгкое» пиво верхового брожения
- •9. Высокоплотное пивоварение
- •9.1. Получение высокоплотного сусла
- •9.1.1. Фильтрование
- •9.1.2. Затирание
- •9.1.3. Кипячение сусла
- •9.1.4. Применение вирпула
- •9.1.5. Разбавление плотного сусла при его охлаждении
- •9.2. Брожение высокоплотного сусла
- •9.3. Разбавление пива
- •9.4. Свойства пива
- •10. Дополнения по данным новейших исследований
- •10.1. К главе 1: Технология производства солода
- •10.1.1. К разделу 1.3.1. Поглощение воды зерном ячменя
- •10.1.2. К разделу 1.4.1. Теория проращивания
- •10.1.3. К разделу 1.6. Сушка свежепроросшего солода
- •10.1.4. К разделу 1.6.3. Влияние способов подсушивания и сушки на стабильность вкуса (см. Также раздел 7.6.5.5)
- •10.1.5. К разделу 1.6.8. Складирование и хранение сухого солода
- •10.1.6. К разделу 1.8.2. Механический анализ
- •10.1.7. К разделу 1.8.3. Технохимический анализ
- •10.1.8. К разделу 1.9.1. Пшеничный солод
- •10.1.9. К разделу 1.9.2. Солод из других зерновых культур
- •10.1.10. К разделу 1.9.3. Специальные типы солода
- •10.2. К главе 2. Технология приготовления сусла
- •10.2.1. К разделу 2.1.3. Вода
- •10.2.2. К разделу 2.1.4. Хмель
- •10.2.3. К разделу 2.2.2. Солодовые дробилки
- •10.2.4. К разделу 2.3.1. Теория затирания
- •10.2.5. К разделу 2.3.3. Способы затирания
- •10.2.6. К разделам 2.4.2. Фильтр-чан и 2.4.3. Процесс фильтрования в фильтр-чане
- •10.2.7. К разделу 2.4.7.Фильтр-пресс нового поколения
- •10.3. К разделу 2.5. Кипячение и охмеление сусла
- •10.3.1. К разделам 2.5.6 и 2.7.7. Предварительное охлаждение сусла между котлом и вирпулом до 85-90 °c
- •10.3.2. К разделам 2.5.1, 2.5.5-2.5.6, 2.7.4, 2.7.7. Тонкоплёночный выпарной аппарат с дополнительным выпариванием после вирпула
- •10.3.3. К разделу 2.5.6. Потребление энергии при кипячении сусла
- •10.3.4. К разделу 2.7.4. Прочие процессы (изменения свойств сусла между окончанием кипячения сусла и окончанием охлаждения)
- •10.3.5. К разделу 2.7.7. Закрытые системы охлаждения сусла
- •10.3.6. К разделу 2.8.2. Расчёт выхода экстракта с холодным суслом
- •10.4. К главе 3: Технология брожения
- •10.4.1. К разделу 3.4.3. Внесение дрожжей в сусло при главном брожении
- •10.4.2. К разделу 3.3.2. Разведение чистой культуры пивных дрожжей
- •10.4.3. К разделу 3.3.6. Хранение дрожжей
- •10.4.4. К разделу 3.3.8. Определение жизнеспособности дрожжей
- •10.5. К главе 4: Фильтрование пива
- •10.5.1. К разделу 4.2.2. Кизельгур
- •10.5.2. К разделу 4.3. Комбинированные способы осветления
- •10.5.3. К разделу 4.4. Способы замены кизельгурового фильтрования
- •10.6. К главе 5: Розлив пива
- •10.6.1. К разделу 5.2. Розлив в бочки и кеги
- •10.6.2. К разделу 5.3. Розлив в бутылки и банки
- •10.6.3. К разделу 5.3.3. Розлив в бутылки
- •10.7. К главе 7: Готовое пиво
- •10.7.1. К разделу 7.5.2. Технологические факторы пенообразования
- •10.7.2. К разделу 7.6.4. Стабилизация пива
- •10.7.3. К разделу 7.6.7. Фонтанирование пива (гашинг-эффект)
- •10.7.4. К разделу 7.7. Фильтруемость пива
- •10.7.5. К разделу 7.8. Биологическая стойкость пива
- •10.7.6. К разделу 7.9. Физиологическое действие пива
2.3.1. Теория затирания
Перевод твердых частиц дробленого солода в растворенное состояние с помощью воды лишь в самой незначительной степени является простым самопроизвольным растворением, так как содержание водорастворимых веществ в солоде еще невелико. Для растворения веществ солода, как и в процессе проращивания, необходим целый ряд ферментов, благодаря деятельности которых происходит расщепление высокомолекулярных органических соединений до низкомолекулярных, после чего осуществляется их переход в водорастворимое состояние.
2.3.1.1. Расщепление крахмала является важнейшим ферментативным процессом, протекающем при затирании. Крахмал солода, подобно крахмалу ячменя, существует в виде крахмальных зерен и состоит из двух основных компонентов - амилозы и амилопектина Амилоза состоит из глюкозных единиц, соединенных α-1,4-связями, а амилопектин - из глюкозных остатков, соединенных α-1,4-и α-1,6-связями (см. раздел 1.1.2.1).
Процесс растворения зерен крахмала при соединении и нагревании с водой проходит различные стадии, в которых действуют механические, химические и ферментативные процессы, а именно:
набухание зерен крахмала;
клейстеризация крахмала;
собственно ферментативное расщепление крахмала.
В холодной воде крахмал не растворим, его зерна поглощают немного воды и набухают (окрашивание с йодом еще не происходит). При повышении температуры сначала усиливается набухание, при температуре 50 0C и выше зерна заметно увеличиваются в размере, а при 70 °С в них образуются небольшие радиальные трещины, увеличивающиеся вплоть до распадения зерна крахмала на несколько слоев. Один ингредиент (амилоза) представляет собой коллоидный водный раствор чистого крахмала и определяется по реакции йодного окрашивания. Амилопектин при нагревании в воде растворяется с образованием коллоидной клейстеризованной массы, которая стабилизируется в растворе до образования крахмального клейстера. Образование этого клейстера при затирании не наблюдается, поскольку ферменты солода, с одной стороны, понижают температуру клейстеризации, а с другой - разжижают крахмальный клейстер. Поэтому переработка большинства видов крахмала не вызывает затруднений, и лишь при переработке риса требуются специальные методы его предварительной обработки (см. раздел 2.3.3.9).
Расщепление крахмала происходит либо непосредственно с образованием мальтозы, либо с образованием декстринов различной молекулярной массы, моносахаридов и трисахаридов. Эти процессы происходят под действием разных ферментов, к важнейшими из которых относятся α- и ß-амилазы, мальтаза, предельная декстриназа и сахараза.
ß-амилаза присутствует уже в покоящемся зерне и при его проращивании переводится из латентного в активное состояние. Она расщепляет амилозу и амилопектин с нередуцирующего конца до мальтозы. В молекуле амилопектина расщепление ß-амилазой прекращается при приближении к α-1,6-связи. Остаток амилопектина представляет собой так называемый «конечный ß-декстрин», который дает с йодом красное окрашивание. Оптимальный диапазон действия ß-амилазы находится в следующих пределах:
В чистых растворах крахмала |
pH |
4,6 |
температура |
40-50 °С |
|
В заторе (некипяченом) |
pH |
5,4-5,6 |
температура |
60-65 °С |
При температуре выше 70 °С ß-амилаза быстро инактивируется.
а-Амилаза разрушает макромолекулу крахмала изнутри, расщепляя комплекс на крупные фрагменты. Вязкость крахмального клейстера быстро падает, йодная реакция также исчезает относительно быстро. Тем самым создаются новые возможности для воздействия ß-амилазы. В непроросшем ячмене α-амилаза не встречается, однако начиная со 2-го дня проращивания равномерно развивается, α-Амилаза разрушает только α-1,4-связи, не затрагивая α-1,6-связи. В качестве продуктов расщепления образуются α-пре-дельные декстрины с α-1,6- и α-1,4-свя-зями и олигосахариды, содержащие по 6-7 глюкозных остатков, а при более длительном воздействии - также мальтоза и глюкоза. Оптимальный диапазон действия α-амилазы находится в следующих пределах:
В чистых растворах крахмала |
pH |
5,6 |
температура |
60-65 °С |
|
В заторе (некипяченом) |
pH |
5,6-5,8 |
температура |
72-75 °С |
При температуре выше 80 °С α-амилаза быстро инактивируется.
Предельная декстриназа расщепляет α-1,6-связи амилопектина и предельных декстринов. Она способна сместить баланс (80 % мальтозы и 20 % декстринов) при расщеплении крахмала в сторону низкомолекулярных продуктов. Оптимальное значение pH затора составляет 5,1, оптимальная температура - 55-60 °С; при температуре свыше 65 °С фермент быстро инактивируется.
Мальтаза расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы. При низких температурах затирания (35-40 °С) образуется несколько больше моносахаридов, в связи с чем можно предположить, что данный диапазон температур оптимален для действия этого фермента. Оптимальное значение pH 6,0.
Сахараза активна при затирании и расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Оптимальные условия для действия этого фермента - значение pH 5,5 и температура 50 °С, но расщепление сахарозы происходит при температуре 62-67 °С.
Благодаря комплексному действию α- и ß-амилазы крахмал переводится главным образом в мальтозу (40-45%), однако остается некоторое количество крупных остатков, в которых самая маленькая молекулы мальтотриозы (трисахарида) сохраняется относительно постоянным (11-13%). Мальтотриоза, как и глюкоза (5-7%), является побочным продуктом деятельности α- и ß-амилаз при условии, что при пониженных температурах под действием мальтазы уже не была образована глюкоза. Вследствие малого сродства ß-амилазы к низкомолекулярным декстринам часть их остается не гидролизованными (обычно это декстрины с 4, 5, 6 и 7 глюкозными остатками), тогда как α-амилаза расщепляет крахмал до декстринов с 6-7-ю глюкозными остатками (при этом образуется примерно 20% сбраживаемых сахаров). Эти декстрины включают также предельные α-декстрины, которые сохраняются, так как при оптимальных температурах действия α-амилазы необходимая для их расщепления предельная декстриназа уже инактивирована.
Наряду с низкомолекулярными декстринами (G4-G9), составляющими 6-12 %, в сусле имеются также декстрины с большей молекулярной массой (от 19 до 24 %). Даже сусло, дающее нормальную реакцию с йодом, может содержать олигосахариды, имеющие 5 и более разветвлений, в состав которых входит до 60 глюкозных остатков. Фруктоза (1,0-3,5 %) и сахароза (2,5-6 %) образуются в ходе процессов расщепления еще при солодоращении; в результате действия сахаразы содержание фруктозы (глюкозы) можно повысить, причем содержание сахарозы, естественно, понизится.
Гидролиз крахмала в практике приготовления пива осуществляется в соответствии со следующими положениями.
1. Затор, а позднее сусло, должны характеризоваться нормальной йодной пробой, то есть гидролиз крахмала следует вести до тех пор, пока среди продуктов его гидролиза уже не будет продуктов, дающих йодное окрашивание. Это происходит в случае, когда в состав линейных декстринов входит не более 9 глюкозных остатков (G9), а в состав разветвленных - не более 60 (G60). Наряду с «простой» йодной пробой фотометрическая йодная проба позволяет определить нормальное йодное окрашивание (менее 0,3 ÄE), а также количество декстринов, характеризующихся положительным йодным окрашиванием.
2. Конечная степень сбраживания сусла должна соответствовать желаемому типу пива. Так, видимая конечная степень сбраживания светлых сортов пива составляет 78-85 %, темных - 68-75%.
Для реализации этих основных требований при затирании следует соблюдать целый ряд условий, содействовующих образованию сбраживаемых Сахаров. Конечная степень сбраживания сусла тем выше, чем лучше растворен солод, тоньше помол, больше количество и продолжительность действия амилаз. Темный солод осахаривается медленнее и характеризуется более низкой конечной степенью сбраживания, чем светлый.
При трехотварочном способе затирания, применяемом для темного солода, основное количество амилаз теряется, в связи с чем в первом сусле содержится менее 10 % первоначального количества амилаз. Важнейшими факторами, обусловливающими активность амилаз, являются температура и значение pH затора.
Температура влияет на амилазную активность двояко: при нагревании выше 50 °С амилазная активность повышается, но начиная с температуры 65 0C происходит инактивация ß-амилазы, а свыше 72 °С - ослабление действия α-амилазы. Таким образом, действие ферментов при их оптимальной температуре нарушается, и поэтому частицы крахмала должны быть способны к гидролизу еще до достижения этих температур. В густых заторах амилазы более стойки благодаря большему содержанию защитных коллоидов, чем в жидких заторах. Максимальное содержание сахаров при прочих равных условиях обнаруживается в диапазоне температур 60-65 °С, а нормальное йодное окрашивание быстрее всего происходит при температуре около 76 °С. Эти процессы отражены в табл. 2.10.
Таблица 2.10. Показатели затора в зависимости от температуры
Температура, °С |
60 |
65 |
70 |
75 |
50/60 |
Конечная степень сбраживания, % |
87,5 |
86,5 |
76,8 |
54,0 |
88,2 |
Температура, °С |
68 |
70 |
72 |
74 |
76 |
Продолжительность осахаривания, мин |
35 |
20 |
15 |
10 |
5 |
Значение pH |
6,08 |
5,86 |
5,64 |
5,42 |
5,19 |
Конечная степень сбраживания, % |
72,7 |
76,5 |
77,0 |
77,4 |
69,9 |
Продолжительность осахаривания, мин |
30 |
20-25 |
10-15 |
15-20 |
30 |
Конечная степень сбраживания и состав сахаров улучшается, если затирание проводить при температурах ниже оптимальных. В этом случае происходит растворение эндосперма под действием ферментов, которое при наступлении оптимальных температур может усилиться. Осахаривание при температуре 76 °С идет так быстро потому, что уже в ходе нагревания конгрессного сусла наблюдаются описанные выше процессы набухания, клейстеризации и ферментативного расщепления. Например, при относительно высоких температурах затирания вполне возможно, что инактивация ферментов будет происходить быстрее, чем расщепление составных частей эндосперма. В этом случае затор не будет характеризоваться нормальным йодным окрашиванием и, следовательно, скорость нагревания затора до температуры осахаривания влияет и на конечную степень сбраживания, и на продолжительность осахаривания.
Реакционная способность затора влияет как на конечную степень сбраживания, так и на продолжительность осахаривания, что объясняется различным оптимумом значения pH для обеих амилаз. Если снижение значения pH с 5,8 до 5,4 способствует усилению активности ß-амилазы, то действие α-амилазы при этих значениях pH уже ограничено. Кроме того, затирание с использованием воды с высокой остаточной щелочностью отрицательно сказывается на конечной степени сбраживания сусла.
Увеличение продолжительности осахаривания приводит к повышению конечной степени сбраживания сусла лишь при пониженных температурах (табл. 2.11).
Таблица 2.11. KCC в зависимости от продолжительности осахаривания
Продолжительность осахаривания, мин |
15 |
60 |
Конечная степень сбраживания: |
|
|
при 62 °С |
84 |
89 |
при 70 °С |
78 |
78 |
При 70 °С дальнейшего повышения степени сбраживания не происходит, так как ß-амилаза уже инактивирована, однако может наблюдаться дальнейшее расщепление высокомолекулярных декстринов в низкомолекулярные.
Влияние концентрации затора на расщепление крахмала при хорошо растворенном солоде незначительно. При высокой концентрации (1 : 2,5) несколько возрастает образование мальтозы (благодаря действию защитных коллоидов), однако действие α-амилазы может ингибироваться, что проявляется в увеличении продолжительности осахаривания.
Тонкость помола определяет скорость экстрагирования фермента и субстрата, однако она больше сказывается на образовании гексоз, чем на общем количестве сбраживаемых Сахаров. При этом уменьшается время до наступления нормального йодного окрашивания.
2.3.1.2. Расщепление белков имеет такое же важное значение, как и гидролиз крахмала, хотя в процессе расщепления участвует и относительно небольшое их количество. При солодоращении гидролиз азотсодержащих веществ происходит значительно интенсивнее, чем гидролиз крахмала, и при затирании образуется значительно больше труднорастворимых соединений азота, чем при солодоращении.
Между процессами расщепления крахмала и белка имеются существенные отличия. Если крахмал солода выступает в процессе затирания как однородное вещество со сравнительно простой структурой, то белковые вещества солода представляют собой смесь всевозможных азотсодержащих веществ - от высокомолекулярных нативных белковых соединений до простейших структурных элементов белковой молекулы (аминокислот). Кроме того, расщепляющие белок ферменты представляют собой не два вполне определенных фермента, а многообразный комплекс эндо- и экзопетидаз, действующих в различных условиях, причем часть белков может осаждаться под влиянием температуры или pH затора.
Важнейшие для нас азотсодержащие соединения можно разделить на собственно белки и продукты их расщепления. Первые уже присутствовали в ячмене (они или не были расщеплены во время проращивания, или в ходе проращивания снова накопились в листке зародыша). Речь идет о нерастворимых в заторе и сусле глютелинах и проламинах, а также о растворимых белковых веществах, например, альбуминах и (частично) о глобулинах (см. раздел 1.1.2.8).
Важнейшими продуктами расщепления белка солода, образующимися при проращивании под действием протеолитических ферментов, являются макропептиды, полипептиды, простые пептиды и аминокислоты (см. раздел 1.4.1.2). При затирании солода растворимые азотсодержащие вещества переходят в затор. В ходе затирания они подвергаются дальнейшему расщеплению протеолитическими ферментами (в случае их способности к расщеплению). Первоначально нерастворимые белковые вещества под воздействием ферментов переходят в растворимую форму, хотя большая их часть остается в дробине нерасщеплённой. Содержание растворимого азота во время затирания увеличивается: эндопептидазы воздействуют на нативный белок и расщепляют его с образованием полипептидов и (при увеличении длительности воздействия) низкомолекулярных соединений, а экзопептидазы переводят эти продукты расщепления в аминокислоты.
Хотя в процессе затирания происходит абсолютное увеличение доли низкомолекулярного азота (в первую очередь аминокислот), под действием эндопептидаз из протеинов образуются высокомолекулярные соединения, благодаря чему практически не наблюдается снижения содержания высокомолекулярных фракций.
Растворенные в сусле нативные белковые вещества, например альбумины и глобулины, осаждаются при высоких температурах затирания, особенно во время кипячения. Высокомолекулярные продукты расщепления белков также могут быть склонны к коагуляции благодаря реакции с дубильными веществами солода, а средне- и низкомолекулярные фракции в сусле всегда сохраняют растворимую форму.
Содержание проламинов, представляющих собой резервные белки, зависит от сорта ячменя и растворимости солода. При гидролизе они дают в основном пролин и глютаминовую кислоту, а также цистеин и цистин. Проламины частично расщепляются при затирании и переходят в растворимую форму. Благодаря процессам окисления образуются высокомолекулярные полипептиды, которые при повышенных температурах затирания становятся нерастворимыми и образуют в дробине своего рода «тесто». Они могут затруднять процесс фильтрования сусла. Аналогичное поведение свойственно и так называемым «гельпротеинам», образующимся в ходе солодоращения в результате редуцирования дисульфидных мостиков. Благодаря процессам окисления при затирании они могут образовывать высокомолекулярные соединения, в состав которых входят глютелины и альбумины. Благодаря гидрофобным свойствам глютелинов происходит также адсорбция липидов. Мелкие зерна крахмала, β-глю-каны и пентозаны, связанные с протеинами, также участвуют в образовании белковых комплексов, образующих указанное «тесто» и могут затруднить высвобождение зерен крахмала и тем самым - действие амилаз; замедляется также фильтрование.
Следует упомянуть также гликопротеиды, представляющие собой белки, связанные с углеводородной группой ковалентной связью. При солодоращении они расщепляются по мере процесса растворения, а при затирании - во время длительных пауз при температурах 50-65 °С. При температуре 70-72 °С в течение 60-90 мин происходит высвобождение из гликопротеидов высокомолекулярных групп, которые больше не расщепляются, в результате чего возрастает вязкость сусла. Гликопротеиды способствуют повышению пеностойкости пива.
Значение высокомолекулярных групп, с одной стороны, для пенообразующих свойств пива, полноты вкуса, способности связывать углекислоту, для небиологического помутнения, а с другой - значение аминокислот для питания дрожжей позволяют сделать вывод о том, что процесс расщепления белков не должен быть ни очень коротким, ни излишне глубоким. Следствием слишком низкого расщепления белков может стать недостаточная стабильность пива, а также неудовлетворительное питание дрожжей. В результате излишне глубокого расщепления белков при данном качестве солода получается пиво с неполным вкусом и недостаточной стойкостью пены, а при определенных обстоятельствах - пиво, подверженное инфицированию.
Получение желаемой степени расщепления белков зависит от степени растворимости белка и содержания ферментов в солоде, а также от условий затирания, в частности, от температуры и продолжительности ее воздействия, от pH затора и его концентрации.
У солода с высокой степенью растворения белка следует избегать слишком интенсивного расщепления белков, а у малорастворенного солода в ходе затирания требуется соответствующая коррекция расщепления белков. Оптимальные условия для действия протеолитических ферментов (протеаз) приведены в табл. 2.12.
Таблица 2.12. Оптимальные pH и температура для действия протеаз
Фермент |
Значение pH |
Температура, °С |
Эндопептидаза |
5,0 |
40-50(60) |
Карбоксипептидаза |
5,2 |
50 (60) |
Дипептидаза |
8,2 |
40-45 |
Аминопептидаза |
7,2 |
40-45 |
Оптимальные значения pH и температуры для действия эндо- и карбоксипептидаз примерно совпадают, но первые более чувствительны к действию температуры и продуцируют меньше свободных концевых групп, тогда как карбоксипептидазы могут гидролизировать белки до аминокислот.
Таким образом, содержание и активность эндопептидаз является лимитирующим фактором для дальнейшего расщепления образовавшихся пептидов до аминокислот. Карбоксипептидазы отвечают за образование 80 % аминокислот, выделяющихся при затирании, так как дипептидазы при значениях pH затора действуют ограниченно, а аминопептидазы расщепляют пептиды до аминокислот только при пониженных температурах и значениях pH затора более 6.
Температурный интервал, наиболее благоприятный для гидролиза белка, сравнительно широк (40-60 °С), причем при температуре 50 °С наблюдается явный пик. Вне этих температурных границ протеолиз постоянно уменьшается, а при температуре около 80° С полностью прекращается. При температурах 45-50 °C доля низкомолекулярных азотсодержащих соединений по сравнению с высокомолекулярными несколько возрастает, а при температурах 60-70 °С происходит усиленное образование коллоидных высокомолекулярных азотистых соединений. При этом возможность воздействия на этот процесс с учетом указанных выше сходных оптимальных условий для действия эндопептидаз и карбоксипептидаз, невелика. После температур расщепления белка, которые в большинстве случаев поддерживаются на уровне 47-53 °С в виде «белковой паузы», применяют более высокие температуры, необходимые для осахаривания затора. При 65-70 °C еще отмечается заметное растворение белка, идущее тем интенсивнее, чем больше ферментов сохранилось при пониженных температурах. Растворимые протеазы при температуре 70 °С быстро инактивируются, а ферменты, первоначально нерастворимые и перешедшие в раствор после гидролиза соединений, находящихся в протоплазме, при этой температуре способны некоторое время действовать. Можно предположить, что именно эти десмоферменты ответственны за то, что даже при высоких температурах затирания не удается довести растворение белка ниже значения, заданного сортом солода. Ускорение процесса расщепления белков и, таким образом, увеличение содержания растворимого азота происходит в том случае, если затирание проводится при температурах ниже оптимальных, так что к моменту наступления температур гидролиза азотсодержащие соединения эндосперма и ферменты оказываются уже растворенными. При декокционном способе затирания температурный интервал между белковой паузой и температурой затора после возвращения отварки также влияет на растворение и состав азотсодержащих веществ. Чем выше разность температур после возвращения первой и второй отварок, тем хуже растворяются в сусле белковые вещества, причем при этом происходит изменение фракционного состава белковых и увеличение содержания высокомолекулярных азотистых соединений.
Влияние продолжительности белковой паузы определяется соответствующей температурой. При постоянной температуре затирания содержание различных фракций азота сначала непрерывно возрастает, и хотя содержание высокомолекулярного азота растет в абсолютном отношении, его доля в общем азоте сокращается. Доля низкомолекулярпых соединений, в первую очередь аминокислот, увеличивается как в абсолютном, так и процентном отношении, однако в ходе белковой паузы скорость инактивации ферментов превышает скорость их растворения. Так, например, протеолитическая активность оставшейся части затора при двухотварочном способе во время примерно двухчасового нахождения в заторном аппарате при температуре 50 °С снижается примерно в 2 раза по сравнению с исходным значением. Благодаря введению отварки она еще раз кратковременно активизируется, однако при температуре около 65 °С эта фаза сменяется быстрым и продолжительным спадом протеолптической активности.
Нa активность протеаз существенно влияет значение pH затора. Чем больше оно приближается к 5,0, тем больше возрастает содержание всех фракций, включая низкомолекулярные азотсодержащие соединения. Вода с высокой остаточной щелочностью замедляет протеолиз, и напротив, устранение карбонатной жесткости воды, добавление гипса, хлорида кальция или даже подкисление может значительно его усилить.
Концентрация затора важна для ферментативной активности вследствие действия защитных коллоидов. В концентрированных заторах (в первой и второй отварке - 1 : 2,5) содержание низкомолекулярного азота возрастает сильнее, чем в разбавленных частях.
Контроль расщепления белков можно вести путем определения содержания растворимого азота, коагулируемого азота и высокомолекулярных фракций. Желательно проводить регулярную проверку доли ассимилируемого азота в общем азоте горячего охмеленного сусла, которую можно примерно определить по содержанию формольного азота (33 %) или по содержанию α-аминного азота (22 %). Высокомолекулярный азот, стимулирующий ценообразование и полноту вкуса, следует указывать в процентах к растворимому азоту. Контролируемой величиной является также интенсивность затирания по Кольбаху (число Кольбаха), нормальное значение которого составляет 104, высокое - более 110, а низкое - ниже 100. Простого и ускоренного оперативного метода контроля расщепления белков (типа йодной пробы для определения степени расщепления крахмала), до сих пор не выработано.
2.3.1.3. При затирании продолжается также расщепление гемицеллюлоз и гумми-веществ, начавшееся при солодоращении. Изначально гемицеллюлозы солода нерастворимы. Они состоят из высокомолекулярных ß-глюканов и пентозанов и связаны с высокомолекулярными белковыми соединениям клеточных стенок одной эфирной связью (гидроксильная группа ß-глюканов с карбоксильной группой протеинов). В результате воздействия ß-глюкансолюбилазы - карбоксипептидазы, которая может действовать и как эстераза, гемицеллюлозы переходят в раствор при температурах выше 55 °С и до 70 °С. Они повышают вязкость затора и сусла. Высвободившиеся ß-глюканы состоят из глюкозных единиц с ß-1,4-и ß-l,3-cвязями (в отношении 70 : 30). Хотя последовательность из двух-трех ß-l,4-cвязeй преобладает над ß-l,3-cвя-зью, могут также существовать цепочки из ß-1,4- и ß-13-связей, которые затрудняют расщепление с помощью эндо-ß-1,4-глюканазы, а также неспецифической эндо-ß-глюканазы (оптимальная температура - 40-45 °С, pH 4,7-5,0, инактивация при температуре выше 50 °С) и менее эффективной эндо-ß-1,3-глюканазы (оптимальная температура 60 °С, pH 4,6/5,5, инактивация при температуре выше 70 °С). Экзо-ß-глюканазы еще более чувствительны, чем эндо-ß-1,4-глюканаза. Так как ß-глюкансолюбилаза оказывает заметное действие в интервале температур 63-70 °С, то эндо-ß-глюканазы способны лишь ограниченно расщеплять высокомолекулярный вязкий ß-глюкан, высвободившийся при этих температурах. Расщепление пентозанов, состоящих из арабоксилана, происходит под действием эндо- и экзоксиланаз (оптимальная температура 45 °С), а также арабинозидазы (оптимальная температура 40-45 °С), причем степень превращений здесь существенно меньше, чем под действием глюканаз.
Расщепление гемицеллюлоз протекает в несколько этапов:
сначала в раствор переходят свободные гумми-вещества, уже имеющиеся в солоде, повышая вязкость затора;
в диапазоне температур 35-50 °С под действием эндо-ß-1,4-глюканаз и неспецифических эндо-ß-глюканаз происходит расщепление этих высокомолекулярных соединений до глюкано-декстринов и веществ с более низкой молекулярной массой. Вязкость снижается;
при температурах 45-55 °С при участии эндо-ß-глюканаз продолжается растворение экстракта с высвобождением β-глюканов, которые вследствие ослабления действия эндо-ß-глюкана-зы расщепляются довольно медленно. При этом возможно действие эндо-ß-1,3-глюканазы;
начиная с температуры 55 °С и до 70 °С ß-глюкансолюбилаза отщепляет высокомолекулярный ß-глюкан от его соединений с белком. Содержание ß-глюкана и вязкость возрастают тем больше, чем выше температура в интервале 60-70 °С, так как при 60 °C эндо-ß-1,3-глюканаза еще способна оказывать определенное воздействие, а начиная с температуры 65 °С она все больше ингибируется. Эндо-ß-1,4-глюканаза больше не действует, так как она была инактивпрована уже при температуре 50-55 °С.
Количество ß-глюкана, освободившегося при затирании, зависит в первую очередь от степени и однородности растворения солода. Содержание ß-глюкана в сусле из солода с разной степень растворения может различаться в 10-14 раз. Особенно неблагоприятными являются смеси из солода со значительно различающимся цитолизом компонентов, особенно их солода с непроростками.
На расщепление вязких веществ влияют температура затирания, белковые паузы и, в меньшей степени, значение рH затора. Такое расщепление лучше всего протекает при температурах около 45 °С, а более низкие температуры затирания, например 35 °С перед паузой при 50 °C, существенно усиливают процесс превращений. Следствием повышенных температур затирания (порядка 62 °С) является быстрая инактивация эндо-ß-глюканаз, и в этом случае сусло характеризуется высоким содержанием гумми-веществ. Тем не менее подбором способа затирания содержание ß-глюкана при работе со слаборастворенным солодом можно скорректировать лишь примерно на 30%.
Содержание пентозанов изменяется в меньшей степени. Большие различия наблюдаются у слабо и неравномерно растворенного солода также в содержании в дробине гумми-веществ, которые могут замедлять процесс фильтрования. Так как гумми-вещества влияют на пенообразование и полноту вкуса пива, то слишком глубокого расщепления белков в случае хорошо растворенного солода следует избегать. В данном случае целесообразнее использовать повышенные температура затирания (55-62 °С). Контроль расщепления ß-глюкана можно осуществлять по вязкости горячего охмеленного сусла (ниже 1,85 мПа в 12%-ном экстракте) или непосредственно по содержанию в сусле ß-глюкана (менее 200 мг/л).
2.3.1.4. Изменение содержания фосфатов. Содержащиеся в солоде кислые фосфатазы расщепляют органические фосфаты солода. При этом выделяется фосфорная кислота, которая затем реагирует с первичными фосфатами и диссоциирует ионы водорода. Вследствие этого повышается кислотность затора, что проявляется в снижении значения pH и повышении буферности затора, сусла и пива. Оптимальные условия для действия фосфатаз - pH 5,0 и температура 50-53 °С. Эти ферменты действуют и при более высоких температурах, так как каждая пауза (при 50, 62, 65 и даже при 70 °С) повышает буферность, но их активность снижается (наиболее предпочтительна температура 50 °С). Самые низкие значения pH, а также самая низкая буферность затора достигаются при температуре затирания 62-65 °С. Снижение значения pH затора приводит к повышению буферности, которая впоследствии может ослабить снижение pH в ходе брожения.
2.3.1.5. Расщепление липидов. Вместе с солодом в затор вносятся липиды, состоящие в основном из триглицеридов, моно-и диглицеридов, свободных жирных кислот и нейтральных липидов (например, фосфолипидов). На расщепление липидов влияют два различных фактора. С одной стороны, на них действуют липазы, расщепляющие липиды до глицеридов (глицерина) и свободных жирных кислот (оптимальные температуры - 35-40 и 65-70 °С). Благодаря действию липаз возрастает содержание свободных жирных кислот. С другой стороны, жирные кислоты окисляются липоксигеназами (при 35-50 °С), что проявляется в уменьшении содержания линолевой и линоленовой кислот по сравнению с их первоначальным содержанием в солоде. После инактивации липоксигеназ при температуре 65 °С (втором оптимальном диапазоне для липаз) наблюдается существенное увеличение содержания линолевой и линоленовой кислот. Действие липоксигеназ зависит от потребления кислорода при затирании.
Содержание липидов в заторе при правильном фильтровании удерживается на определенном уровне или они осаждаются в процессе кипячения сусла.
2.3.1.6. На содержание полифенолов и антоцианогенов при затирании влияют несколько процессов. С повышением температуры и продолжительности затирания увеличивается их растворение. Фенольные и полифенольные соединения освобождаются в ходе двух параллельно протекающих реакций расщепления, например, расщепления белков и гликозидов. Их количество уменьшается также под действием пероксидаз (в диапазоне температур 40-50 °С) или полифенолоксидаз, наиболее активных при температуре 60-65 °С. Так как изменения в содержании полифенолов особенно четко выражены при температурах 40-50 °С (особенно если при одноотварочном способе затирания или в результате перемешивания происходит аэрация затора), то повышенные температуры затирания, например до 62 °С, вызывают увеличение содержания полифенолов в заторе и сусле. При доступе воздуха происходит снижение общего содержания полифенолов и антоцианогенов, в результате чего ухудшается индекс полимеризации. Из сильно растворенного солода в затор переходит больше полифенолов желаемого состава (см. раздел 1.4.1.6); в солоде, высушенном при высоких температурах, присутствует лишь незначительное количество оксидаз, благодаря чему поддерживается высокое содержание в сусле полифенолов и антоцианогенов.
2.3.1.7. Содержание цинка в заторе важно потому, что этот микроэлемент входит в состав алкогольдегидрогеназы. Недостаток цинка в начальном сусле проявляется в плохом размножении дрожжей, затяжном главном брожении и дображивании, а также в неполном восстановлении диацетила или его предшественника 2-аце-толактата. В солоде содержится 3-3,5 мг цинка на 100 г CB, причем наибольшая концентрация цинка отмечается во внешних слоях зерна (оболочке и алейроновом слое). При затирании в раствор переходит лишь 20-25% цинка, после чего содержание цинка постоянно уменьшается до 0,05-0,20 мг/л (в отфильтрованном пивном сусле). Еще одно сильное снижения содержания цинка происходит при кипячении сусла. Его содержание не должно превышать 0,15 мг/л.
Эксперименты показали положительное влияние следующих параметров затирания на содержание цинка: проведение затирания при температуре 45-50 °С, пауза в течение 30-60 мин, значение pH 5,45, небольшой главный налив при затирании (соотношение засыпь : налив - 1 : 2,5) и добавление горячей воды в ходе повышения температуры до соотношения засыпь : налив 1 : 4.
2.3.1.8. Окисление компонентов затора на фракции проламина или гельпротеинов может препятствовать расщеплению крахмала, β-глюканов и белков. Содержание полифенолов снижается, но прежде всего уменьшается содержание более чувствительных антоцианогенов и танноидов. Этот процесс фермеитативно катализируется пероксидазами (оптимальная температура - 45 °С) и полифенолоксидазами (оптимальная температура - 65 °С). Получаемые в результате сусло и пиво характеризуются более темным цветом, более размытым и менее стабильным вкусом.
Степень поглощения кислорода при затирании зависит от оборудования, например, от устройств подачи затора, подсоса воздуха при перекачивании, а также от интенсивности перемешивания. Имеет значение и форма заторных аппаратов - например, в прямоугольных заторных аппаратах для получения хорошего затора требуется более интенсивное перемешивание. Рекомендуется подача затора солода в аппарат снизу и перекачивание затора через сливные клапаны. Прямое определение содержания кислорода в заторе невозможно из-за активности оксидаз; косвенную оценку поглощения кислорода получают путем моделирования затирания с помощью раствора сульфита натрия по расходу этого реагента. В неблагоприятных условиях его расход составляет до 200 мг/л в течение всего процесса затирания, а в оптимизированных условиях варочных цехов - около 30-40 мг/л.
Отсутствие доступа кислорода при затирании приводит к усиленному расщеплению белков, проявляющемуся в повышении содержания растворимого азота и снижении содержания высокомолекулярных фракций в пользу свободного α-аминного азота. Расщепление ß-глюка-на проходит интенсивнее, как и расщепление крахмала, что проявляется в повышении конечной степени сбраживания и более благоприятных значениях йодной пробы. Содержание полифенолов (особенно антоцианогенов и танноидов) существенно возрастает. Во избежание слишком глубокого расщепления белков необходимо при известных условиях скорректировать параметры затирания.