19+Лекция 20.

Технология производства солода и пива.

Производство солода.

Солод  зерна злаков, проращенных в искусственных условиях при опре-деленной влажности и температуре.

Процесс получения солода называется солодоращением. В результате зерно превращается в полупродукт  свежепроросший солод.

Основная цель солодоращения  накопление в зерне максимального коли-чества ферментов (амилаз, протеаз, цитаз) и разрыхление эндосперма зерна.

Сырьем для производства солода служат главным образом рожь и ячмень, но также используются просо, овес и зерно других культур. Различают два вида солода: белый  ферментативно активный и красный  ферментативно неактивный. Белый преимущественно производится из ячменя, а красный  из ржи. Солод применяется во многих отраслях пищевой и вкусовой промышленности: хлебопечении, пивоварении, винокурении¹, дрожжевом производстве.

В производстве спирта солод применяют только как источник фермен-тов для осахаривания крахмала сырья (зерна, картофеля). Поэтому используют свежепроросший солод из различных злаков: ячменя, проса, овса, ржи. Так как свежепроросший солод долго нельзя хранить, то его готовят непосредственно на спиртзаводах в количестве, необходимом для текущей работы.

В производстве кваса используют свежепроросший и сухой ржаной солод  ферментированный и неферментированный. Ферментированный ржа-ной солод  источник красящих и ароматических веществ, неферментиро-ванный  содержит ферменты.

В хлебопечении солод применяют для выработки многих сортов хлеба и т.д.

При производстве пива солод является не только источником фермен-тов, но и основным сырьем. Используют в пивоварении только сухой ячменный солод, реже пшеничный. Для светлых сортов пива вырабатывают светлый ячменный солод, для темных  темный, карамельный и жженый. Два последних типа солода являются источником красящих и ароматических веществ.

Главным показателем качества солода является экстрактивность, обоз-начающая суммарное количество сухих веществ (в %), переходящих в раствор при обработке измельченного зерна фер­ментами солода. Белок должен быть в пределах 912%, с его уменьшением ухудшается вкус и ослабевает пена, а с увеличением белок выпадает в осадок и пиво мутнеет. Всхожесть не менее 9095%. Различают три типа пивного солода: светлый, жигулев­ский и темный.

Приготовление пивного солода состоит из следующих стадий: очистка и транспортировка ячменя  замачивание и проращивание зерна  сушка  отделение ростков  созревание солода.

Подготовка зерна к переработке рассмотрена ранее. Здесь кратко рассмотрим последующие за очисткой зерна, стадии производства.

Замачивание зерна ведется тремя способами: перио­дическим воздуш-но-водяным, непрерывнопоточным (в насыщенной воздухом воде) и воздуш-но-оросительным.

Зерно промывается в цилиндроконических замочных аппаратах. В центре этого аппарата установлено устройство, состоящее из тру­бы, под нижний конец которой подведена трубка для подачи сжа­того воздуха. При мойке сжатый воздух увлекает вверх по цент­ральной трубе смесь воды с зерном, она распределяется по радиально расходящимся к периферии трубам сегнерова колеса и вы­ходит у стенок в аппарате. После удаления сплава зерно дезинфи­цируют смесью СаС1₂∙СаО.

Внизу в конусе аппарата установлены трубчатые барботеры, по кото-рым в слой зерна при замочке продувается воздух. Замоченное зерно спус-кают через нижний конус, а сверху имеется вырез с при­варенной коробкой для слива грязной воды и сбора всплывших лег­ких зерен и примесей. Длитель-ность замочки ячменя 3 сут.

Воздушно-оросительный способ признан наиболее прогрессив­ным и рекомендован к внедрению. Сначала в течение 20 ч ведут орошение зерна водой, распыленной форсунками. Через каждый час в течение 15 минут снизу вентилятором подсасывается воздух. Затем моечный аппарат заполняют водой и 8 ч выдерживают зерно под водой, проветривая его через каждые 30 минут пропусканием воздуха через барботер в течение 5 минут. Потом воду спускают и ведут орошение с отсасыванием до достижения влажности зерном 4244% для светлого и 4547% для темного солода. Длитель­ность замачивания зависит от температуры воды: при 12°С  56 ч, а при 15°С  48 ч.

Проращивание ячменя ведут для накопления в нем ферментов, разрых-ления и разрушения стенок зерна для облегче­ния извлечения крахмала, белковых и других веществ при приго­товлении сусла. Температура проращи-вания 18°С для светлого и до 24°С для темного солода. Постоянная темпера-тура в зерновой массе поддерживается проветриванием грядок путем проду-вания воздухом, соответствующим дополнительным увлажнением и рых­лением. Проращивание по окончании роста, заканчивают, когда росток достигнет ²/₃  ³/₄ длины зерна. К этому моменту стенки эн­досперма разру-шаются под действием цитолитических ферментов, а сам эндосперм стано-вится рыхлым и хрупким. В непроросшем зер­не содержится только -амилаза, расщепляющая крахмал до маль­тозы, а -амилаза образуется при проращи-вании, и она разрыхля­ет молекулу крахмала с образованием декстринов. Накапливаются также протеиназы и пептидазы, которые гидролизуют белки с об­разованием пептидов и аминокислот.

Длительность проращивания светлого солода 7 сут, а темного  9 сут, но ферменты накапливаются в основном за первые 5 сут, в последующее время протекает ферментативный гидролиз. О го­товности солода судят по легкости растирания пальцами мучнистой части эндосперма. При хорошем качестве запах солода свежий, огуречный. При нарушениях режима запах эфирный, а консистен­ция мажущаяся; последнее наблюдается также в перемоченном со­лоде.

Солодовни применяются двух типов: токовые и пневматиче­ские. Токовые вытесняются пневматическими из-за неперспектив­ности их механи-зации. В пневматических солодовнях (рис. 26.1) температуру в слое солода высотой 0,61,0 м и удаление углекис­лого газа регулируют продуванием снизу очищенного от пыли кон­диционированного по влажности воздуха с тем-пературой на 23°С ниже установленной режимом проращивания. Для преду­преждения сплетения корешков солода применяют ворошители. Пневма-тические солодовни ящичного типа состоят из ряда прямо­угольных открытых ящиков с кирпичными или железобетонными стенками и ситчатым дном на высоте 11,8 м от основного дна. Количество ящиков соответствует числу суток проращивания со­лода, который от начала до конца остается в одном и том же ящи­ке. Кондиционированный воздух поступает в подситовое простран­ство и снизу вверх пронизывает слой солода, охлаждая, увлажняя его и вытесняя СО₂. Вертикальный шнековый ворошитель на те­лежке с катками движется по боковым стенкам ящиков и враще­нием шнеков перемещает нижние слои солода вверх, а верхние вниз примерно по 2 раза в сутки.

Рис. 26.1. Аппаратурно-технологическая схема получения сухого солода:

1 – циклон-разгрузитель; 2 – сухой пылеуловитель; 3  мокрый пылеуловитель; 4  капле-уловитель; 5  воздуходувка; 6, 29  весы; 7  зерновой бункер; 8  замочный аппарат; 9  сборник раствора антисептика; 10  насос; 11  сборник воды; 12  компрессор; 13  насос гндроподачи; 14  рециркуляционный насос; 15  вентиляторы; 16  камера кондицио­нирования; 17  солорастильная ящичная грядка; 18  бункер; 19  транспортер; 20, 22  нории; 21  солодосушилка ЛСХА; 23  шнек; 24  калорифер; 25, 27, 28  бункера; 26  росткоотбивочная машина; 30  передвижной ворошитель солода.

Сразу после замочки в течение суток зерно продувают сухим воздухом, когда температура поднимется до 1417°С, начинают продувать кондициони-рованным воздухом и поддерживают темпе­ратуру 1721°С, а под конец на 8-е сутки  1820°С.

Пневматическая ящичная солодовня типа «передвижная гряд­ка» отличается ежедневным перемещением зерна, выгруженного из замочного аппарата, от одного конца данного ящика к другому концу, и на 8-е сутки с противоположного конца ворошителем зе­леный солод выгружают в прием-ный бункер, откуда он системой транспортеров перемещается на сушку. Таким образом, в пневмо-ящечной солодовне осуществлена полная меха-низация выгрузки солода.

Сушка солода имеет целью удаление влаги и накопление экстрактив-ных, ароматических и красящих веществ. Влажность солода снижается с 4247 до 24% в три стадии. В течение физио­логической фазы продолжается проращивание при температуре зерна до 40°С и влажности до 30%. Фермен-тативная фаза проте­кает при температуре 4075°С и влажности солода 2030%. Для получения светлого солода длительность этой фазы сокращают пу­тем быстрого доведения влажности солода до 10%.

Химическая фаза наступает при температуре выше 75°С и за­канчива-ется для светлого солода при 80°С, для темного  при 105°С. Влажность солода соответственно 35 и 1,52,5%. В этой стадии происходят взаимо-действие аминокислот и пептидов с ре­дуцирующими сахарами и образование их комплексного соедине­ния  меланоидинов, придающих солоду специфич-ный вкус, цвет и аромат.

Непрерывнодействующая сушилка марки ЛСХА-5 имеет произ­водитель-ность 5 т солода в сутки, расходует 6÷8,7 МДж/ч тепла и 7,8 кВт∙ч электро-энергии на 100 кг сухого солода. Отделение ростков производится сразу после сушки, а высушенный солод со­зревает еще 4÷6 недели в процессе сорбции влаги из воздуха.

Выход светлого солода 78÷79 кг из 100 кг с влажностью 3% и темного 74÷76 кг с влажностью 1,5÷2%. Отходы при очистке и сортировке 10÷12%.

Производство пива

Пиво  слабоалкогольный напиток, насыщенный углекислым газом, с приятной хмелевой горечью и ароматом. Пиво  питатель­ный напиток, в нем содержатся углеводы, белки, витамины и ор­ганические кислоты; энергети-ческая способность светлого пива 1700÷2200 кДж/кг, темного  3400 кДж/кг.

Производство пива состоит из следующих стадий: приготовле­ния охмеленного сусла  брожения  дображивания  осветления  роз­лива  пастеризации  обработки бутылок  хранения пива.

Приготовление пивного сусла производится в ва­рочном отделении (рис.26.2). Процесс варки служит для более пол­ного извлечения и растворения сухих экстрактивных веществ со­лода, используемых несоложенных материалов и хмеля, создания благоприятных условий для ферментативного гидролиза крахма­ла, белка, клетчатки и других составных частей сырья. Необходи­ма определенная кислотность среды (рН 5,2÷5,6), а при ее подщелачиванни водой применяют молочную кислоту и др.

Приготовление сусла состоит из полировки и дробления солода, затира-ния солода и несоложеных материалов, варки и осахаривания сусла, филь-трации сусла, кипячения его с хмелем, отделения хмелевой дробины. Поли-руют солод на полировочной машине СП-54, на которой производится отбор ростков, пыли и загрязне­ний, затем солод загружают в замочный аппарат для увлажнения до 30%, потом отправляют на четырех- или шести-вальцовые дро­билки для измельчения с минимальным разрушением оболочек. Продукты характеризуются следующим составом (в %): лузга 12÷20, крупная крупка 20÷35, мелкая крупка 25÷50, мука 15÷20.

Рис. 26.2. Технологическая схема производства пива:

1  разгрузитель; 2  весы; 3  бункера суточного запаса; 4  полировочные машины; 5  дробилка для мокрого солода; 6  нория; 7 бункер для зерна; 8  вальцовый станок; 9  бункер для дробленого солода; 10, 11  заторные аппараты; 12, 28  насосы; 13  фильтр-аппарат; 14  монжю для дробины; 15  сборник промывных вод; 16  насос для промыв-ных вод; 17  мерник промывных под; 18  сусловарочный котел; 13  хмелеотделитель; 20  насосы для мутного сусла; 21  отстойный аппарат; 22  сепаратор; 23  пластинчатый теплообменник; 24  стерилизатор; 25  цилиндр брожения; 26  резервуар предварительного брожения; 27  бродильный танк; 29  вибрационное сито; 30  сборник дрожжей; 31  ванна для семенных дрожжей; 32  ванна для избыточных дрожжей; 33  монжю; 34  сборник охлажденной воды (В  вода, П  пар, К  конденсат).

Затирание зернопродуктов осуществляется преимущественно по отва-рочному способу, так как сейчас наряду с солодом применя­ются несоло-женые материалы, которые лучше перерабатывать с его помощью. Отва-рочный способ состоит в том, что для повыше­ния температуры затора часть его (отварку) отбирают в другой аппарат для кипячения; затем отварку смешивают с некипяченой частью затора.

В зависимости от количества отварок различают одно-, двух- и трех-отварочный способы затирания. Длительность затирания растет с увеличе-нием числа отварок  3,5 ч; 4÷5 ч; 6÷6,5 ч, анало­гично возрастает и расход пара. Жигулевское, Московское и Ле­нинградское пиво готовят по более рациональному двухотварочному способу.

При затирании в аппарат набирают воду: 3,0÷4,0 л на 1 кг сырья темпе-ратурой до 45°С, при работающей мешалке вносят со­лод, ячмень и фермент-ный препарат, после смешивания определя­ют рН затора и в случае необходи-мости добавляют молочную кис­лоту, примерно 0,09% по массе засыпи. При температуре 40°С вы­держивают содержимое примерно 15 минут, затем нагре-вают до 52°С со скоростью 1°С за 1 минут и делают белковую паузу в 2030 минут. Вновь поднимают температуру с той же скоростью до 63°С и вы­держивают еще 2030 минут. Затем опять с той же скоростью под­нимают температуру до 72°С и выдерживают 40 минут до полного осахаривания. Отстоявшуюся жидкую часть по стяжной трубе спускают в другой аппарат, а гущу нагревают за 30 минут до кипе­ния, столько же кипятят, за 30 минут перекачивают в другой аппа­рат, смешивают с ранее выкачанной жидкой частью и при темпе­ратуре 76°С в течение 1520 минут осахаривают весь затор.

Осахаренный затор перекачивают на фильтрацию и фильтру­ют через свою же дробину при 7678°С. Сначала отделяют первое сусло, а потом горячей водой вымывают из дробины оставшийся в ней экстракт. Фильтрация сусла через фильтр-пресс ускоряет процесс и позволяет повысить выход экстракта на 1%. Дробину удаляют паровым эжектором или насосом с водой.

После фильтрации сусло кипятят в сусловарочном котле, хмель вводят в зависимости от сорта пива сразу перед кипячением или в 2÷3 приема и в целях его экономии в последнее время кипятят сусло под давлением 0,02÷0,03 МПа. Длительность кипячения 1,5÷2 ч. Затем измеряется объем сусла, и оно пере-дается в хмелеотборочный аппарат.

На схеме приведен (см. рис.26.2) четырехсосудный варочный аг­регат. Эти агрегаты рассчитаны на З т сырья и обеспечивают четыре вар­ки в сутки. При замене фильтр-аппарата фильтр-прессом число ва­рок увеличивается до пяти в сутки. В шестисосудный агрегат входят два заторных котла, два фильтр-аппарата и два сусловарочных аппарата. При загрузке 3 т сырья они позволяют делать 6 варок в сутки, при большей нагрузке  пять варок.

Из сусловарочного котла охмеленное сусло самотеком поступа­ет в хмелеотборочный аппарат для отделения на сите дробины хмеля, он промы-вается, и промывная вода вместе с отфильтрован­ным суслом откачивается насосом для осветления и охлаждения.

Осветлением сусла достигается удаление свернувшихся при ки­пячении белков, придающих пиву грубую горечь. Процесс освет­ления осуществляется отстаиванием или сепарированием (см. рис. 26.3). После осветления сусло ох-лаждается в оросительном теплообменнике типа «труба в трубе» и пластин- чатых теплообменниках до температуры 56°С и обсеменяется посевными дрож­жами.

Процесс сбраживания пивного сусла осуществляется в две ста­дии в двух отдельных помещениях и при разных условиях и режи­мах. Первая стадия  главное брожение (см. рис. 26.2)  ведется в бродильном отделении и закан-чивается получением из сусла и дрожжей зеленого пива. Вторая стадия  дображивание  осуществляется в лагерном подвале, освобожденное от дрожжей зеленое пиво насыщается СО₂ созревает и превращается в готовый напиток.

Рис.26.3. Технологическая схема лагерного и фильтрационного отделения:

1  лагерные танки; 2  сборник отстоя; 3  смеситель пива; 4  насосы; 5  плас-тинчатый теплообменник; 6  смеситель диатомитового фильтра; 7  сусловарочный насос; 8  диатомитовый фильтр; 9  пластинчатый теплообменник; 10  кар-бонизатор; 11  мерник фильтро­ванного пива.

Осветленное сусло сбраживают пивными дрожжах низового брожения при температуре 69°С и дображивают при 12°С. К концу брожения дрожжи оседают на дно и осветляют пиво. Осе­дающие дрожжи повторно используют 1015 раз в качестве по­севных.

Бродильные аппараты бывают открытого и закрытого типа, прямоуголь-ные и цилиндрические, вертикальные и горизонтальные, из стали и алюминия с внутренним змеевиком, по которому пропу­скают охлажденную до 1°С воду для отвода тепла, выделяющегося при брожении. Вместимость танка рассчиты-вают на 12 варки сусла, максимально  на его объем, получаемый в течение суток.

Главное брожение начинают с наполнения танка охлажденным суслом и посевными дрожжами в количестве 0,5 л на 100 л, или 0,5% по объему сусла. Длительность главного брожения сусла концентрацией 1113% составляет 79 сут, а для более высокой концентрации  910 сут. Контролируют динамику брожения по убыли экстракта, конец главного брожения характеризуется оста­точным количеством редуцирующих веществ (РВ) зеленого пива на уровне 1,0 г на 100 мл. Молодое пиво сепарируют, охлаждают, измеряют объем и передают в лагерный танк. Оставшийся на дне танка слой дрожжей стягивают с помощью вакуум-аппарата и на­сосом или монжю передают в дрожжевое отделение. Потери пива в бродильном отделении составляют около 2% по объему холодного сусла.

Размножают чистую культуру дрожжей (ЧКД) сначала в заводской лаборатории, потом в специальных аппаратах. Такой аппарат Грейнера (Германия) получил широкое распространение. Он включает сте­рилизатор сусла, цилиндры для сбраживания с сосудами для хра­нения дрожжей и резервуары предварительного брожения.

В стерилизаторе сусло кипятят, подогревая его паром через змеевик, в течение 1 ч, затем охлаждают до 12°С. Простерилизованное сусло сжатым воздухом направляют в цилиндр брожения, куда задают чистую культуру дрожжей, сбраживают и размножа­ют их. Затем отбирают маточные дрожжи на хранение, а осталь­ную часть стерильным воздухом передавливают в резервуар пред­варительного брожения, сбраживают и размножают дрожжи в те­чение 3 сутки при температуре 9°С и также воздухом перемещают в танк главного брожения.

После главного брожения получают 2% дрожжей по объему зеленого пива п половину их используют как семенные дрожжи для засева в бродильный аппарат, а вторую половину  избыточные дрожжи  без обработки передают в экспедицию для реализации. Семенные дрожжи процеживают через вибро-сито, промывают хо­лодной водой с температурой 3°С до полного осветления. Перед повторным использованием дрожжам дают 23-дневный покой, хранят их в ванночках под слоем ежедневно сменяемой воды, а за­тем, предварительно разбавив их 23-кратным количеством сус­ла, перемешивают сжатым воздухом или углекислым газом и за­дают в бродильный аппарат.

Дображивание и выдержка пива служат для насыщения его уг­лекислым газом, осветления и созревания, в процессе которого улучшаются вкус и аромат пива. Спиртовое брожение при дображивании, так же как и при главном брожении, является основным процессом.

Для насыщения пива до стандартной концентрации СО₂ (0,30,35%) в молодом пиве оставляют на дображиванне около 1% экстрактивных веществ и повышают его растворимость сниже­нием температуры до 02°С и подъемом давления до 0,030,07 МПа. Осветление и потеря грубой горечи при добра-живании наступают после окончания брожения, когда дрожжи, оседая, увле­кают в осадок частицы белков и хмелевые смолы. При созревании пива умень-шается содержание альдегидов, увеличивается количе­ство эфиров, высших спиртов и кислот. Этим обогащаются вкус и аромат пива.

Отсепарированное от дрожжей и охлажденное зеленое пиво в лагерный танк подается снизу при открытом его шпунтовом отвер­стии для вытеснения углекислым газом содержащегося там воз­духа. Танк шпунтуют присоединен-ным шпунтаппаратом. Продол­жительность дображивания и выдержки зависит от сорта пива. Так, Жигулевское пиво выдерживают 21 сут, Рижское и Москов­ское  42, Мартовское и Украинское  30, Ленинградское  90 сут. При выгрузке готового пива на осветление в танке углекис­лым газом поддержи-вается такое же давление для предотвраще­ния потери ее растворимости.

Отмеченная высокая длительность брожения и дображивания пива исто-рически сложилась давно и стала традиционной для клас­сической технологии, отличающейся периодичностью процесса. Сей­час создана технология непре-рывного производства пива.

ВНИИПБП разработан и внедрен на Москворецком пивоварен­ном заводе непрерывный метод главного брожения и дображива­ния пива в обычных тан-ках, соединенных переточными трубами в батареи. Весь процесс сбраживания Жигулевского пива по этому способу проходит за 15 сут вместо 28, а коэффи-циент использова­ния производственной площади увеличивается более чем в 1,5 раза.

Ускоренный способ приготовления Жигулевского пива осно­ван на сбраживании сусла без кислорода, поэтому образуется мало альдегидов и созревание его происходит быстрее. Дображивание ведут в изотермических условиях при температуре 4°С. Охлаж­дение и осветление сусла протекает в герметически закрытых ап­паратах, суслопровод обрабатывается углекислым газом, коли­чество посевных дрожжей увеличено с 0,5 до 0,71,0 л на 100 л сусла. Сусло на брожении перемешивают СО₂ 1 раз в смену, по­этому главное брожение заканчивается за 5,5 сут. Дображивание ведут при температуре 45°С и заканчивают его за 11 сут. Пиво охлаждают до 01°С только при его осветлении. Это позволяет увеличить производительность завода на 30%.

Осветление пива после дображивания ведут на диатомитовых фильтрах или сепараторах (рис. 26.3). После смесителя пиво охлаждается до 01°С в пластинчатом холодильнике и направля­ется на осветление. В фильтрах в качестве фильтрующего слоя используют хлопчатобумажную массу, диатомит и пластины из бумаги с большим содержанием асбеста. Фильтр-прессы заменя­ют сепараторами ВСП, и при этом потери пива снижаются от 1 до 0,02%, но нужная светлость не достигается, и его повторно фильтруют на пластинчатых фильтрах.

Диатомитовые фильтры наиболее перспективны, потери в них состав-ляют 0,4%, они просты в обслуживании. Установка содер­жит смеситель для подготовки суспензии диатомита в пиве, которую питающим насосом прока-чивают через фильтр до образо­вания на пористом картоне или ткани фильтру-ющего слоя диато­мита. После появления чистого пива подачу диатомитовой сус­пензии прекращают и фильтруют пиво. Длительность работы фильтра без перезарядки достигает 150 ч. Затем следует пере­зарядка: диатомит смывается струей воды и наносится новый слой диатомита.

Если осветленное пиво недостаточно насыщено СО₂, то его до­полни-тельно насыщают в карбонизаторах, выдерживают 26 ч для стабилизации растворенной СО₂ и подают на розлив.