Процессы, происходящие при кипячении сусла

При кипячении сусла с хмелем в нем осуществляются следующие процессы и явления:

• выпаривание воды из сусла;

• коагуляция и осаждение белковых веществ;

• экстрагирование и изомеризация горьких веществ хмеля;

• перевод в сусло хмелевых эфирных масел;

• ароматизация сусла;

• экстрагирование и осаждение полифенолов;

• снижение содержания в сусле неблагородных летучих веществ;

• образование редуцирующих веществ (редуктонов);

• стерилизация сусла;

• инактивация ферментов;

• изменение физико-химических свойств сусла.

Выпаривание избыточной воды из сусла осуществляют для регулирования в нем содержания экстракта. Технологическая целесообразность этого объясняется тем, что подвергаемое кипячению исходное сусло (полный набор) слишком разбавлено промывной водой в связи с необходимостью более полного вымывания экстракта из дробины экстракта при ее выщелачивании.

Концентрация экстракта в сусле является первым и основным показателем окончания варки.

Коагуляция и осаждение белковых веществ является одним из важнейших процессов при кипячении сусла с точки зрения формирования вкуса и стабильности пива.

В процессе кипячения сусло из светлого и прозрачного постепенно превращается в темное и мутное вследствие образования в нем мелкодисперсных взвешенных частиц белка, которые постепенно собираются в крупные образования и выпадают в осадок в виде хлопьев – которые называют взвеси горячего сусла. Таким образом, процесс выделения из кипящего сусла белков протекает в две стадии: на первой химической стадии под действием высоких температур происходит денатурация белков, а на физико-химической второй стадии – осуществляется коагуляция денатурированных белков и выпадение их в осадок. Одним из важнейших показателей окончания варки является наличие в сусле крупных хлопьев скоагулированных белков.

Химическая стадия при кипячении сусла протекает обычно полностью, а физико-химическая завершается не всегда, что обусловлено плохим образованием белковых хлопьев. В этом случае белок осаждается мелкими частичками, образуя плохой белковый отстой, а в сусле остается повышенное количество коагулируемого азота в виде тонкой мути.

Неполная коагуляция белков негативно сказывается на главном брожении и дображивании вследствие обволакивания и блокирования ими дрожжевых клеток. При этом брожение замедляется, происходит плохое осветление пива на стадии дображивания, затрудняется фильтрование пива, в нем образуются белковая горечь и склонность к холодному помутнению.

К основным факторам, влияющим на коагуляцию белка, относят температуру, продолжительность и режим кипячения сусла.

В целях лучшего отделения белка при кипячении сусла в него иногда вносят различные стабилизирующие добавки. Бентониты и кизельгели, вносимые в сусловарочный аппарат с хмелепродуктами в концентрации 20–50 г/гл, способствуют коагуляции белка и изомеризации горьких α-кислот. Внесение танина в концентрации до 8 г/гл активизирует выделение азота при кипячении сусла. Добавление высокомолекулярного углевода – каррагенана (исландского мха) в концентрации 4–8 г/гл способствует лучшему выделению белка. Для снижения содержания полифенолов в сусле в него добавляют поливинилполипирролидон (ПВПП), но гораздо предпочтительнее использовать этот стабилизатор на стадии фильтрования.

Экстрагирование и изомеризация горьких веществ хмеля способствует изменению вкуса сусла; будучи изначально сладковатым, оно приобретает хмелевую горечь.

Горькие α- и β-кислоты обладают плохой растворимостью в воде и пивном сусле, но вследствие окисления при кипячении сусла они превращаются в более растворимые мягкие смолы.

В процессе кипячения сусла компоненты α-кислоты – прежде всего гумулон, когумулон и адгумулон – изомеризуются, превращаясь в изогумулон, изокогумулон и изоадгумулон, которые обладают горьким вкусом и лучшей растворимостью по сравнению с их предшественниками до изомеризации. Именно эти изосоединения гумулона и его гомологов придают пиву основную долю горечи. Причем особенно существенна роль изогумулона, поскольку на 85–90 % горечи в пиве обусловлено его присутствием.

Выход изомеров, обеспечивающих горечь пива (прежде всего изогумулона), зависит от состава хмелевых смол; дозы и степени измельчения внесенного хмеля; степени изомеризации; отделения изомеров взвесями горячего сусла; показателя рН; плотности сусла; продолжительности и интенсивности кипячения.

Горькие β-кислоты при кипячении сусла не подвергаются изомеризации и извлекаются из хмеля в небольших количествах, главным образом в виде продуктов их частичного окисления, характеризующихся хорошей растворимостью и резкой приятной горечью.

Ароматизация пивного сусла обусловлена растворением специфических компонентов хмеля (горьких веществ, хмелевых масел), а также меланоидинов и карамелей, образующихся при кипячении сусла.

Лишь малая часть фракций хмелевых масел остается в сусле по окончании кипячения, в то время как наибольшая улетучивается из сусловарочного аппарата с испарениями, и в сусле остаются лишь следы менее летучих компонентов.

Для лучшей ароматизации сусла последнюю порцию хмелепродуктов вносят в сусловарочный аппарат незадолго до окончания варки (за 10–20 мин), при этом желательно использовать ароматические сорта хмеля.

Перевод в сусло хмелевых эфирных масел также придает хмелевой вкус пиву.

Экстрагирование и осаждение полифенолов. В пивном сусле содержатся полифенолы (дубильные вещества) солода и хмеля. Первые переходят в сусло из солода на стадии затирания, а вторые экстрагируются из хмеля при охмелении сусла. Полифенолы обладают хорошей растворимостью и химической активностью. Причем полифенолы хмеля более активны – они быстрее связываются с белком, нежели полифенолы солода.

Экстрагируемые полифенолы хмеля оказывают влияние на органолептические показатели пива не непосредственно, а через комплексные соединения их с горькими веществами хмеля, белками и аминокислотами.

При взаимодействии положительно заряженных частиц белковых веществ с отрицательно заряженными частицами полифенолов образуются белково-дубильные соединения. Полифенолы хмеля способны осаждать белки, которые не коагулируют, поэтому увеличенная доза хмеля способствует значительному повышению выделения белков.

С азотистыми веществами полифенолы образуют труднорастворимые соединения.

Окисленное дубильное вещество хмеля – флобафен – образует с белками нерастворимые соединения, которые полностью выделяются в процессе кипячения сусла.

Удаление из сусла неблагородных летучих веществ в процессе кипячения способствует улучшению вкуса пива. К таким веществам, в частности, относят меланоидины, фенолы, серосодержащие соединения, альдегиды и пр. Одни вещества привносятся в сусло с веществами солода, а другие – образуются в процессах затирания и, главным образом, кипячения.

Наиболее типичным представителем летучих веществ, по содержанию которого обычно судят о степени удаления их из сусла, является свободный диметилсульфид (ДМС), образующийся из неактивного предшественника S-метилметионина.

С повышением температуры и удлинением продолжительности кипячения принципиально возможно обеспечить почти полное удаление свободного ДМС из сусла, но технологически и экономически это нецелесообразно, поскольку привело бы к повышенной термической нагрузке на сусло и избыточным энергозатратам. Тем более что полное удаление ДМС не требуется, поскольку вкусовой порог чувствительности его составляет около 70 мкг/л.

В старых сусловарочных системах достичь оптимального уровня ДМС было затруднительно. В современных сусловарочных системах благодаря увеличению площади испарения сусла, например, за счет применения специальных отбойных колпаков, тонкопленочного кипячения и пр., обеспечивается беспроблемное снижение содержания летучих веществ в сусле до требуемого уровня.

Образование редуцирующих веществ (редуктонов) сопровождает кипячение сусла с хмелем. Редуктоны обладают способностью быстро связывать кислород воздуха и тем самым защищать готовое пиво от окисления, что способствует повышению его коллоидной стабильности.

В сусле и пиве содержатся не только собственно редуктоны (такие, например, как α-альдоны и α-кетоны), но и другие соединения, обладающие антиокисляющей способностью, которые также могут быть отнесены к редуктонам. К ним, в частности, относят:

– меланоидины и промежуточные продукты, образующиеся при реакции сахаров с аминокислотами;

– белки, содержащие сульфгидрильные группы – SH и (иногда) продукты их расщепления;

– полифенольные (дубильные) вещества группы катехинов;

– горькие вещества хмеля (изогумулоны и неспецифические мягкие смолы).

В пивоварении практикуют добавление в пиво в качестве редуктонов l-аскорбиновую или d-изоаскорбиновую кислоты.

Стерилизация сусла. Некоторые микроорганизмы хорошо переносят температуры до 80 °С и, находясь в отфильтрованном сусле, могут очень быстро повысить его кислотность, способствовать превращению нитратов в нитриты и пр.

В процессе кипячения сусло стерилизуется, тем самым обеспечивается его микробиологическая стабилизация, которая имеет особое значение при дальнейшей переработке охмеленного сусла на стадиях брожения и дображивания. Стерильность охмеленного сусла предопределяет биологическую чистоту главного брожения и дображивания, а также биологическую стойкость готового пива.

Для стерилизации сусла вполне достаточно прокипятить его в течение 15 мин, в то время как варка продолжается намного дольше.

Инактивация ферментов. При кипячении сусла происходит инактивация имеющихся в нем ферментов, вследствие чего прекращаются все биохимические реакции, протекавшие в неохмеленном сусле. Иннактивация ферментов технологически необходима, поскольку благодаря ей обеспечивается стабилизация химического состава сусла.

Изменение физико-химических свойств сусла. В процессе кипячения сусла уменьшается его поверхностное натяжение, повышается кислотность и изменяется цвет.

Уменьшение поверхностного натяжения сусла обусловлено добавлением в него хмеля.

Повышение кислотности сусла при кипячении обусловлено кислой реакцией образования меланоидинов, внесением горьких кислот хмеля, кислым действием ионов кальция и магния, а также осаждением щелочных фосфатов. Например, в процессе кипячения без подкисления показатель рН сусла обычно снижается на 0,1–0,2 единицы (с рН 5,5–5,6 до 5,4–5,5). Однако многие важные преобразования или явления в сусле, в частности, коагуляция белково-дубильных соединений, образование тонкой и более благородной горечи хмеля, меньшее изменение цветности, защита от посторонней микрофлоры гораздо лучше осуществляются при пониженных значениях рН. При этом следует учитывать, что при пониженных показателях рН хуже осуществляется экстрагирование горьких веществ хмеля, а это приводит к повышенным его расходам. На практике сусло обычно подкисляют до рН 5,0–5,2 перед окончанием процесса кипячения.

Цвет сусла определяется цветом перерабатываемого сырья, прежде всего солода. В процессе варки цвет сусла всегда делается более насыщенным, что обусловлено карамелизацией сахаров, образованием меланоидинов, окислением полифенольных веществ с образованием флобафена и переходом в раствор красящих веществ хмеля. Слишком сильное потемнение сусла при кипячении нежелательно, поскольку влечет за собой ухудшение вкуса и снижение стойкости пива.

На изменение цвета сусла сказывается интенсивность и продолжительность кипячения, показатель рН и экстрактивность сусла, а также давление в сусловарочном аппарате. Для предупреждения избыточного потемнения сусла необходимо принять меры по:

– минимизации содержания в сусле веществ, подвергаемых карамелизации и участвующих в образовании меланоидинов;

– предотвращению окисления компонентов сусла и прежде всего полифенолов;

– регулированию значения рН сусла (до 5,0–5,2);

– сокращению продолжительности кипячения сусла;

– обеспечению оптимальных условий кипячения (интенсивность, давление и пр.).