- •Химия и технология пивного сусла
- •Федеральное агентство по образованию
- •Химия и технология пивного сусла
- •1. Солод в пивоварении
- •1.1. Светлый солод
- •Требования к солоду хорошего качества
- •Значение показателей качества солода в технологическом процессе получения пива
- •1.2. Специальные типы солода
- •Характеристика темного солода
- •Характеристика карамельного солода
- •Характеристика обжаренного (жженого) солода
- •Показатели качества светлого пшеничного солода
- •2. Вода в производстве пива
- •Показатели воды, применяемой в пивоварении
- •Типичный ионный состав воды для получения различных типов пива
- •Органолептические и физико-химические показатели качества воды
- •2.1. Величина рН
- •Оптимальные значения величины рН для ферментов солода
- •2.2. Щелочность воды
- •2.3. Жесткость воды
- •Соотношение между различными единицами измерения жесткости воды
- •2.4. Окисляемость и содержание сухого остатка
- •2.5. Биологические показатели
- •2.6. Роль минеральных компонентов в пивоварении
- •Влияние неорганических ионов на процесс пивоварения, органолептические свойства пива и его коллоидную стойкость
- •2.7. Потребление воды на пивоваренных заводах
- •Потребление воды на пивоваренных заводах
- •3. Хмель
- •3.1. Химический состав хмеля
- •Химический состав высушенных хмелевых шишек
- •Характеристики популярных сортов хмеля, производимого в мире
- •Сравнительная характеристика сортов хмеля по содержанию хмелевых масел
- •3.2. Хмелевые препараты
- •Краткая характеристика хмелевых продуктов
- •3.3. Режимы охмеления сусла
- •Нормы содержания горьких веществ в различных типах пива согласно рекомендациям евс при использовании горьких веществ 28 %*
- •Влияние режима внесения гранулированного хмеля сорта Zatec-Saaz на органолептические свойства пива
- •3.4. Хранение хмелепродуктов
- •4. Несоложеное сырье
- •4.1. Ячмень
- •Сравнительная характеристика несоложеных злаков в отношении содержащихся в них крахмалистых и некрахмалистых полисахаридов, (г/100 г продукта, содержащего 86 % св)
- •Содержание белка, аминокислот, жиров и дубильных веществ в несоложеных материалах (г/100г продукта, содержащего 86 % св)
- •4.2. Сахарсодержащее несоложеное сырье. Патока
- •Состав мальтозо-глюкозных сиропов различных типов
- •5. Вспомогательные материалы при производстве пивного сусла
- •Состав коллоидных осадков
- •5.1. Природа коллоидных помутнений пива
- •5.1.1. Белковое помутнение
- •Свойства белковых фракций ячменя
- •5.1.2. Полифенольное помутнение
- •Изменения содержания пф по стадиям технологического процесса
- •5.1.3. Углеводное помутнение
- •5.1.4. Оксалатное помутнение
- •5.2. Способы повышения коллоидной стойкости пива
- •5.2.1. Корректировка величины рН затора
- •Оптимальные физико-химические условия для проявления активности ферментов и температура их инактивации
- •5.2.2. Ферментные препараты для корректировки состава затора
- •Амилолитические ферменты
- •Ферментные препараты
- •Оптимальные физико-химические условия для проявления активности α-амилаз
- •Оптимальные значения рН и температуры для проявления активности β-амилазы
- •Протеолитические ферменты
- •Гемицеллюлазы
- •5.2.3. Основные ферментные препараты, используемые в пивоварении
- •Ферментные препараты, используемые при производстве пивного сусла
- •5.2.4. Основы безопасности использования ферментов
- •Свойства ферментов
- •5.3. Адсорбенты
- •Характеристика адсорбентов и точка их внесения
- •5.3.1. Полисахариды
- •Препараты для стабилизации пива, добавляемые на этапе получения сусла
- •5.3.2. Силикагели
- •Характеристика силикагелей, предназначенных для стабилизации пива
- •6. Дробление солода
- •6.1. Состав солода (с точки зрения дробления)
- •6.2. Фракционный состав помола
- •Фракционный состав помола для различных аппаратов фильтрации
- •Фракционный состав помола (шесть фракций)
- •Рекомендуемый фракционный состав помола, % (четыре фракции – экспресс-метод)
- •6.3. Конструкция солододробилок
- •6.3.1. Шестивальцовая дробилка
- •6.3.2. Пятивальцовая дробилка
- •6.3.3. Четырехвальцовая дробилка
- •6.3.4. Двухвальцовая дробилка
- •6.4. Виды дробления
- •6.4.1. Сухое дробление
- •6.4.2. Кондиционированное сухое дробление
- •6.4.3. Мокрое дробление
- •6.4.4. Замочное кондиционирование
- •6.5. Проблемы, возникающие при дроблении, и пути их ликвидации
- •7. Затирание зернопродуктов
- •7.1. Процессы, происходящие при расщеплении и растворении веществ солода
- •7.1.1. Расщепление крахмала
- •7.1.2. Расщепление β-глюкана
- •7.1.3. Расщепление белковых веществ
- •7.1.4. Превращение жиров
- •7.1.5. Дубильные вещества
- •7.1.6. Цинк
- •7.1.7. Подкисление затора
- •7.2. Заторные аппараты
- •7.3. Факторы, влияющие на процесс затирания
- •7.3.1. Гидромодуль затора
- •7.3.2. Температура
- •7.3.3. Смешивание воды и дробленых зернопродуктов
- •7.3.4. Значение рН
- •7.3.5. Настойные способы затирания
- •7.3.6. Отварочные способы затирания
- •7.3.7. Затирание с применением несоложеного сырья
- •7.3.8. Ферментные препараты
- •7.4. Возможные отклонения от оптимальных режимов затирания
- •7.5. Техника безопасности
- •8. Фильтрование затора
- •Влияние кислорода на показатели сусла
- •8.1. Теория разделения затора
- •Типичный фильтрационный состав помола солода
- •8.2. Фильтр-чан
- •8.3. Многофункциональное управление фильтрованием
- •8.4. Характеристика фильтра-чана
- •Скорость фильтрации и нагрузка на сито
- •Соразмерность разрыхлителей фильтра-чана
- •Специфика загрузки и высота слоя дробины
- •Типичные циклы работы фильтра-чана
- •8.5. Фильтр-пресс
- •Типичный цикл работы фильтра-пресса
- •8.6. Проблемы, возникающие при фильтровании сусла, и пути их решения
- •Качество солода, процесс затирания и скорость фильтрации
- •9. Варка сусла с хмелем
- •Состав сусла на момент «полного набора» в сусловарочном котле
- •Состав охмеленного пивного сусла
- •9.1. Выпаривание избыточной воды
- •9.2. Удаление нежелательных летучих компонентов
- •9.3. Стерилизация сусла и удаление ферментов
- •9.4. Адсорбция белка
- •9.5. Растворение и изомеризация горьких веществ хмеля
- •Доля перешедших при кипячении в раствор горьких веществ, %
- •9.6. Образование ароматических веществ
- •9.7. Повышение цвета сусла
- •Изменение цвета сусла и пива на различных стадиях производства
- •9.8. Повышение кислотности сусла
- •9.9. Содержание цинка в сусле
- •9.10. Содержание кальция в сусле
- •9.11. Кипячение сусла с хмелем
- •9.11.1. Внесение хмеля в сусловарочный аппарат
- •9.11.2. Различные режимы внесения хмеля в сусловарочный аппарат
- •9.11.3. Охмеление шишковым хмелем
- •9.11.4. Охмеление гранулированным хмелем (100 %)
- •9.11.5. Частичная замена гранул шишками
- •9.11.6. Использование хмелевого экстракта
- •9.12. Контроль готового сусла
- •9.13. Виды сусловарочных котлов
- •9.13.1. Сусловарочный котел с внутренним кипятильником
- •9.13.2. Современные технологии при охмелении сусла
- •10. Отделение взвесей горячего сусла
- •10.1. Вирпул (гидроциклонный аппарат)
- •10.1.1. Принципиальный процесс работы вирпула
- •10.1.2. Отделяющий эффект вирпула
- •10.1.3. Консистенция взвесей горячего сусла при опустошении вирпула
- •10.1.4. Внешние условия для нормальной работы вирпула
- •10.1.5. Возможные причины плохого отделения взвесей горячего сусла в вирпуле
- •Параметры трубопроводов в вирпуле
- •10.1.6. Соотношение высоты уровня сусла и диаметра вирпула
- •10.1.7. Подавление нежелательных вторичных завихрений сусла в вирпуле
- •10.1.8. Устройство днища вирпула
- •10.1.9. Расположение впускных и выпускных отверстий в вирпуле
- •10.1.10. Рекомендации по оптимизации технологического процесса осветления сусла в вирпуле
- •10.2. Осветление сусла в сепараторе
- •10.3. Осветление сусла с помощью холодильных тарелок
- •10.4. Осветление сусла с помощью отстойного чана
- •11. Охлаждение сусла
- •11.1. Пластинчатые теплообменники
- •11.1.1 Принцип работы пластинчатого теплообменника
- •11.1.2. Этапы охлаждения сусла в теплообменнике
- •11.2. Теплообменники типа «труба в трубе»
- •11.3. Теплообменники мультитрубной конструкции
- •11.4. Проблемы, возникающие при теплопередаче
- •11.5. Установка искуственного охлаждения
- •11.5.1. Промежуточные хладоносители
- •Свойства промежуточных хладоносителей
- •11.5.2. Свойства наиболее широко используемых хладоносителей
- •11.6. Аэрация сусла (насыщение воздухом)
- •11.7. Отделение холодных взвесей сусла
- •Состав холодного труба
- •Температурная зависимость выделяемого холодного труба
- •11.7.1. Отделение холодных взвесей методом седиментации
- •11.7.2. Отделение холодных взвесей центрифугированием и фильтрованием
- •11.7.3. Отделение холодных взвесей методом флотации
- •Список литературы
- •Содержание
- •Химия и технология пивного сусла
7.1. Процессы, происходящие при расщеплении и растворении веществ солода
Расщепление нерастворимой части экстракта происходит благодаря ферментам, активность которых зависит от различных факторов:
– температуры (оптимум, превышение, недостаточность, длительность воздействия);
– величины рН (специфичность, оптимум, превышение, занижение);
– длительности процесса;
– концентрации затора;
– контакта с кислородом.
Ферменты – биологические катализаторы («ускорители»), которые уменьшают энергию, необходимую для протекания специфических реакций. Они представляют собой молекулы с очень сложной трехмерной структурой, которая определяет характер их действия. Если эта структура разрушена, то ферменты теряют способность катализировать реакцию.
7.1.1. Расщепление крахмала
Для образования спирта при брожении необходимо расщепить крахмал, содержащийся в солоде, до моно-, ди- и трисахаридов; наряду с ними всегда образуются продукты неполного расщепления – декстрины. Этот процесс должен быть проведен в полном объеме, т. е. крахмал должен быть расщеплен без остатка.
В природе ферменты, присутствующие в ячмене, работают относительно медленно в течение многих недель, освобождая питательные вещества, хранящиеся в зерне ячменя, и давая зерну возможность прорасти, а растению – развиваться.
При производстве пива необходимо ускорить эти реакции так, чтобы гидролиз крахмала, для протекания которого в природе требуется несколько недель, мог быть завершен в течение часа в заторном чане.
Температура для ферментативных реакций, протекающих при затирании, является наиболее важным фактором, который определяет степень сбраживания и характеристику готового пива.
Начальная температура затирания устанавливается в зависимости от температуры технологической воды и температуры дробленого солода. Важно учитывать температуру солода, так как она будет оказывать влияние на температуру затора в зависимости от сезонных колебаний.
Перед затиранием обычно подогревают емкость, в которой будет происходить процесс, чтобы предотвратить снижение температуры затора. Все соединительные трубопроводы должны быть прогреты аналогичным образом.
Три стадии расщепления крахмала:
1) клейстеризация – происходит набухание и разрыв оболочек крахмального зерна, что обеспечивает лучшее воздействие ферментов на крахмал. Температура клейстеризации для различных зернопродуктов разная. Крахмал солода и ячменя клейстеризуется в присутствии ферментов при 60 °С, рисовый крахмал – при 80…85 °С;
2) разжижение – на крахмал (крахмал состоит из двух полисахаридов – амилозы и амилопектина) воздействует α-амилаза, при этом уменьшаются молекулярная масса полисахаридов и вязкость раствора;
3) осахаривание – на промежуточные продукты гидролиза крахмала воздействуют α- и β-амилазы. На стадии осахаривания происходит полное расщепление разжиженного крахмала на глюкозу, мальтозу, мальтотриозу, декстрины. Качество осахаривания проверяют по йодной пробе.
Соблюдение оптимумов температуры, длительности затирания, величины рН и концентрации затора важны для расщепления крахмала.
Основными ферментами, осуществляющими гидролиз крахмала до сахаров, являются α-амилаза и β-амилаза. Перед проведением ферментативного гидролиза необходимо открыть ферментам доступ к крахмальным гранулам путем повышения температуры в целях клейстеризации крахмала. Клейстеризация делает крахмал доступным для действия осахаривающих ферментов. Действие ферментов можно стабилизировать следующими способами:
– оптимизацией рН затора (обычно в диапазоне 5,2…5,8);
– добавлением ионов кальция;
– использованием температуры, наиболее благоприятной для действия α-амилазы и β-амилазы.
Амилазы способны гидролизовать α-1,4-связи в молекулах амилозы и амилопектина с образованием смеси глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и несбраживаемых сахаров с большей молекулярной массой, называемых декстринами, при этом получаемое сусло имеет степень сбраживания от 40 до 90 % в зависимости от режима затирания. Обычно степень сбраживания составляет 75 %.
Альфа-амилаза гидролизует крахмал до сахаров случайным образом.
Бета-амилаза действует с нередуцирующего конца, отщепляя молекулу мальтозы.
Изменением температуры затирания можно создавать более благоприятные условия для действия одного фермента, чем для другого, и тем самым оказывать влияние на степень сбраживания сусла. При использовании более низких температур степень сбраживания повышается.