Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 2

РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА

Традиционными видами сырья для производства пива являются солод, вода, хмель и дрожжи.

Доля солода в структуре затрат на производство пива составляет до 40%, а хмелеп родуктов — 3–5%.

Вряде стран, включая Россию и страны ближнего зарубежья, часть солода (10– 30%, а иногда и более) заменяют несоложеным зерном — ячменем, рисом, кукурузой, пшеницей и пр. Добавление к солоду несоложеного сырья в производстве пива начали применять с XIII в. во Фландрии. Такая частичная замена солода технологически воз можна потому, что содержание синтезированных в нем (солоде) ферментов гораздо больше, чем требуется для осахаривания его крахмала.

При этом применение несоложеного сырья позволяет:

• снизить затраты на производство пива, поскольку несоложеное сырье гораздо

дешевле;

• создавать новые сорта пива;

• обеспечить более высокую коллоидную стабильность пива за счет меньшего со

держания азота;

• обеспечить более высокую вкусовую стабильность пива.

К негативным последствиям применения несоложеного сырья относят:

• ухудшение полноты вкуса пива вследствие уменьшения содержания азота и по

лифенолов;

• замедление брожения вследствие уменьшения в сусле ассимилируемого азота.

Внекоторых странах для повышения содержания сбраживаемых сахаров и одно временного снижения содержания азота в сусло добавляют сахаросодержащие веще ства, чаще всего в виде сиропов.

Внастоящей главе приведены сведения лишь об основном растительном сырье — ячмене, солоде и хмеле как основных объектах машинно аппаратурной переработки

втехнологических системах пивоваренных производств.

Воде и дрожжам, учитывая их специфику и особую значимость в пивоварении, посвящены отдельные последующие главы 3 и 4.

2.1. ЯЧМЕНЬ

Ячмень занимает особое место среди зернового пивоваренного сырья. Во первых, он является основным видом сырья для производства пивоваренного солода, а во вторых, его иногда добавляют в рецептуру в качестве несоложеного материала.

Несоложеный ячмень рекомендуется добавлять в количестве не более 20% от мас сы зернозасыпи, поскольку это связано с ухудшением фильтрования затора. Вкус пива, сваренного с добавкой несоложеного ячменя, хуже по сравнению с пивом, приготов ленным исключительно из солода. Оно содержит меньше азота, характеризуется мень шей степенью сбраживания, но отличается хорошим пенообразованием.

2.1.1. Строение ячменного зерна

Строение ячменного зерна показано на рис. 2.1. Оно состоит из зародыша 1, эндос перма 6 и оболочек 9, 10 и 11.

задерживают соли. Оболочки преимущественно состоят из целлюлозы, не имеющей значения в пивоварении. Некоторые компоненты оболочек (жир, кремниевая кислота, полифенольные, азотистые и горькие вещества) оказывают влияние на качество пива.

Различают голозерные ячмени и пленчатые. У голозерных ячменей цветочные пленки не сращиваются с зерновкой (эндоспермом), вследствие чего оболочка легко отделяется

при обмолоте. У пленчатых ячменей цветочные пленки сращиваются с зерновкой. В пи воварении находят применение пленчатые ячмени.

2.1.2. Основные требования к пивоваренному ячменю

Пивоваренные ячмени (в соответствии с требованиями ГОСТа 5060–86*) в зави симости от качества подразделяют на два класса (табл. 2.1).

Ячмени различают по ряду специальных признаков:

•по сезону высева — высеянные весной называют яровыми, а высеянные осенью — озимыми;

•по анатомическому строению колоса — двухрядные и шестирядные (рис. 2.2.);

•по сортам, приспособленным (районированным) к региону выращивания.

Из яровых ячменей получают солод более высокого качества, в частности, он обла дает более высокой экстрактивностью. Однако озимые ячмени более урожайны и, сле довательно, дешевле.

* ГОСТ 5060–86 Ячмень пивоваренный. Технические условия.

9 2 ПИВОВАРЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

аб

биохимические показатели, влияющие на

Рис. 2.2. Строение ячменного колоса:

эффективность технологических процессов и качество продуктов при производстве со лода и пива, в частности, сокращение про должительности проращивания, повышение экстрактивности, улучшение пенообразова ния и пр.

Забота о качестве производимого солода должна начинаться уже на стадии выбора ячменя. Предназначенный для пивоварения ячмень оценивают по комплексу признаков, определяющих эффективность техноло гических процессов и влияющих на свойства получаемого солода. Так, для получения высококачественного солода необходимо при выборе ячменя учитывать, помимо сор та, следующие обстоятельства:

•крупность зерна (в ячмене I класса доля крупных зерен с толщиной более 2,5 мм должна быть не менее 85%);

•энергию прорастания — не менее 92%;

•способность прорастания — не менее 95%;

•содержание белка — не более 12%;

•массу 1000 зерен ячменя — более 40 г;

•ячмень должен быть хорошо очищен, не содержать микроорганизмов и вреди телей.

2.1.3. Основные свойства пивоваренных ячменей

Крупность — показатель, характеризующий величину зерна и представляющий долю

(%) крупного ячменя в общей массе зерна. Крупным считают пивоваренный ячмень I клас са с толщиной зерен более 2,5 мм, которые задерживаются на сите с щелевидными отвер стиями шириной 2,5 мм. Пивоваренный ячмень II класса имеет толщину зерен 2,2–2,5 мм (проход через сито с отверстиями шириной 2,5 мм, сход с сита с отверстиями шириной 2,2 мм). Ячмень с толщиной зерна менее 2,2 мм (проход через сито с отверстиями шири ной 2,2 мм) является отходом солодовенного производства и отправляется на корм ско ту. С повышением крупности ячменя пленчатость в нем уменьшается.

Пленчатость — доля (%) цветочных пленок (мякинной оболочки) к общей массе зерна. Цветочные пленки состоят из веществ, не подвергающихся ферментативному гидролизу, поэтому с повышением пленчатости экстрактивность уменьшается. В хоро шем пивоваренном ячмене пленчатость составляет около 9%.

Цвет — один из признаков качества ячменя. Зерно хорошего качества имеет блес тящую поверхность с равномерным соломенно желтым, желтым или серовато жел тым цветом. Серый, красновато желтый или желтый с почерневшим кончиком цвет ячменя чаще всего свидетельствует о его уборке в дождливую погоду без последующе го быстрого высушивания, в результате чего в зерне произошли химические измене ния, неблагоприятные для технологии пивоварения.

Запах. Качественное зерно имеет приятный ячменный запах, свидетельствующий о том, что уборка урожая проводилась в сухую погоду. Наличие посторонних запа хов — признак испорченного зерна, которое непригодно для последующей переработ ки и пивоварения. Сладковатый запах, в частности, обусловлен самосогреванием яч меня, а затхлый — пораженностью зерна микроорганизмами.

Энергия прорастания характеризуется долей (%) зерен, проросших за 3 е суток. Ячмень, предназначенный для производства солода, должен иметь высокую энергию прорастания и обеспечивать необходимый уровень ферментативной активности, оп ределяющей степень выхода экстракта.

Способность прорастания характеризуется долей (%) зерен, проросших за 5 суток, по отношению ко всей массе зерна в партии. Пивоваренный ячмень должен характери зоваться дружным прорастанием. Недозревший ячмень, а также поврежденный при уборке, хранении, подработке и транспортировке прорастает недружно, что приводит к ухудшению качества солода.

Содержание белка — один из наиболее важных биохимических показателей качества пивоваренного ячменя. Качество солода и его выход в значительной степени зависят от содержания в ячмене азотистых веществ. Ячмени с повышенным содержанием белка обес печивают меньший выход экстракта и содержат меньше углеводов. Из таких ячменей полу чают солод с повышенной цветностью, с большим содержанием растворимых, азотистых веществ и аминокислот и, как правило, более высокой ферментативной активностью. Для получения пива лучшего качества предпочтительны солода с содержанием белка 9–11%.

Экстрактивность (массовая доля экстракта в сухом веществе солода тонкого помола) характеризуется количеством органических веществ, которые способны переходить в вод ный раствор из измельченного зерна под воздействием ферментов ячменного солода. Пивоваренные свойства зерна повышаются с увеличением в нем содержания экстрактив ных веществ, которое в солоде I класса должно быть не ниже 78% (см. раздел 3.1).

Содержание белка и экстрактивность являются важнейшими биохимическими при знаками ячменя, которые в значительной степени зависят от почвенно климатичес ких и агротехнологических условий выращивания. Например, в жаркий и засушли вый сезон получают ячмени с большим содержанием белка.

К важным показателям, характеризующим структурно механические свойства зер на, относят его плотность и прочность.

Плотность зерна зависит от его биологического строения и химического состава. Эндосперм, богатый крахмалом, обладает наибольшей плотностью, а оболочки, содер жащие много клетчатки, — наименьшей. В связи с этим мелкое и щуплое зерно облада ет меньшей плотностью по сравнению с крупным зерном, поскольку относительное содержание оболочек и зародыша у мелкого зерна больше, чем у крупного.

Прочность зерна — его способность к сопротивлению механическому разрушению, характеризуется работой, затраченной на образование единицы площади новой повер хности или величиной разрушающего усилия при различных видах деформирования. Прочность зерна существенно зависит от влажности, стекловидности и некоторых дру гих показателей.

От прочности зерна зависит степень его сохранения от механических повреждений при транспортировании. Кроме того, прочность зерна, в частности солода, оказывает влияние на процесс дробления, поскольку с увеличением крупности и стекловидности зерна возрастает его хрупкость, а с уменьшением — повышается пластичность.

Стекловидность характеризует структурно механические свойства эндосперма и сопротивление зерна разрушающим воздействиям. Эндосперм зерна может быть муч нистым, стекловидным и полустекловидным. К стекловидным относят зерна с полно стью гладкой и блестящей поверхностью разреза эндосперма, которые при просвечи вании кажутся прозрачными — они слабо преломляют луч света. Мучнистые зерна непрозрачны, а в разрезе они белые и имеют рыхлую, мучнистую структуру. Причиной постоянной стекловидности является повышенное содержание белков, а причиной по лустекловидности (исчезающей при замачивании с последующим подсушиванием) — цементация крахмальных зерен гуммивеществами и белками при относительно невы соком содержании последних. Ячмень приобретает стекловидность на стадии созрева ния — в период от молочной до полной спелости — при условии сухой и жаркой погоды.

Влажность имеет особое значение не только при хранении, но и при переработке зерна. Различают естественную и технологическую влажность зерна. С естественной влажностью зерно поступает на предприятие, хранится, очищается и направляется на переработку. Технологическую влажность обеспечивают искусственно в той или иной технологической операции.

Физико технические и теплофизические характеристики пивоваренного ячменя приведены в табл. 2.2.

Скважистость (%) — объем межзернового пространства

где Vо— общий объем зерновой массы, м3; Vз — истинный объем зерна, м3.

Удельная теплоемкость с [кДж/(кг К)] характеризует интенсивность изменения температуры тела при его нагревании или охлаждении:

где сз и cв — удельная теплоемкость ячменя и воды, кДж/(кг К)(сз = 1,42; cв = 4,1868); w — влажность ячменя, % общей массы; wс — влажность ячменя, % массы сухих веществ.

Таблица 2.2

Физико технические характеристики пивоваренного ячменя

Удельная теплоемкость ячменя возрастает с повышением влажности зерна. Коэффициент теплопроводности λ характеризует способность тела проводить теп

лоту. Для зерновой массы с учетом межзернового пространства этот коэффициент воз растает с увеличением влажности зерна и лежит в пределах λ = 0,14–0,23 Вт/(м К).

Коэффициент температуропроводности α характеризует скорость выравнивания температур при нагревании или охлаждении зерновой массы (м2/ч):

где ρv — насыпная плотность зерна, кг/м3.

Коэффициент температуропроводности ячменя весьма мал (0,0004–0,0007 м2/ч), что благоприятно сказывается на сохранности очищенного зерна.

2.2. СОЛОД

Пивоваренным солодом называют зерно, искусственно пророщенное и высушенное в определенных температурных условиях. В процессе приготовления солода в зерне протекают сложные биохимические процессы, в результате которых:

•синтезируются и активизируются ферменты;

•при участии этих ферментов осуществляются изменения различных групп зерна. Солод получают из различных злаков, например, пшеницы, ржи, сорго, но основ

ным сырьем для производства пивоваренного солода, безусловно, является ячмень. Пивоваренный ячменный солод проращивают 5–6 суток, затем его высушивают, в

результате чего он приобретает требуемые органолептические качества и способность к продолжительному хранению. Подробно производство пивоваренного солода опи сано в специальном издании [15].

2.2.1.Основные типы пивоваренных солодов

Взависимости от технологии производства различают следующие типы ячменных солодов: светлый, темный, карамельный, жженый, томленый, кислый. Светлый яч менный солод находит преимущественное применение в пивоварении, остальные же типы ячменных солодов, наряду с пшеничным, ржаным и солодом из других хлебных злаков, относят к специальным — обычно их используют в различных сочетаниях со светлым ячменным солодом.

Светлый солод представляет собой зерновую массу светло желтого цвета. Имеет цвет 2,5–3,5 ед. ЕВС. В зависимости от качественных показателей светлый солод вы пускают высокого качества, первого и второго класса.

Требования ГОСТа 29.294–92*, которым должен удовлетворять светлый солод, при ведены в табл. 2.3.

Темный солод представляет собой зерновую массу желтого цвета с концентриро ванным солодовым ароматом. Имеет цвет 5–25 ед. ЕВС. В производстве темного соло да обеспечивают специальные условия для образования повышенного содержания ме ланоидинов, придающих солоду характерные цвет и аромат. Основными отличитель

ными особенностями технологии темного солода являются:

• использование ячменей с повышенным содержанием белка;

• осуществление замачивания ячменя до достижения более высокой влажности —

48–50 %;

• осуществление проращивания при температуре 18–20 °С;

• осуществление химической фазы сушки при температуре 105 °С в течение 4–5 ч. Требования ГОСТа 29.294–92, которым должен удовлетворять темный солод, при

ведены в табл. 2.3.

Карамельный солод представляет собой зерновую массу желто бурого цвета с глян цевым отливом и солодовым ароматом. На срезе зерно карамельного солода имеет плотную, спекшуюся структуру коричневого цвета различной интенсивности, с блес ком. Имеет цвет 25–150 ед. ЕВС.

* ГОСТ 29.294–92 Солод пивоваренный ячменный. Технические условия.

Карамельный солод получают из свежепроросшего солода с влажностью 45–50%, при этом температуру проращивания в течение последних 30–36 ч повышают до 50 °С, что способствует более глубокому ферментативному гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений — белков и сахаров. Последующую тепловую обра ботку осуществляют в обжарочном аппарате в зависимости от желаемой окраски солода. Например, в одном из способов вначале выдерживают проросший солод при температуре 60–90 °С в течение 1,5 ч, затем в течение 1 ч постепенно нагревают до 120–180 °С и выдерживают при этой температуре в течение 1–2 ч. В результате теп ловой обработки происходит карамелизация сахаристых веществ солода, придаю щая ему специфические цвет, вкус и аромат. Карамельный солод выпускают первого и второго класса.

Жженый солод представляет собой зерновую массу темно коричневого цвета с ко фейным ароматом. На срезе зерно жженого солода имеет темно коричневую (но не черную) окраску. Имеет цвет 1300–2500 ед. ЕВС. Жженый солод получают из сухого очень хорошо растворенного светлого солода путем предварительного равномерного увлажнения и тепловой обработки в обжарочном аппарате в течение 2 ч при темпера туре 70 °С без отвода образующихся паров. Затем солод подвергают обжариванию при температуре 175–220 °С в течение 1,5 ч. В результате обжаривания происходит кара мелизация сахаров и образование других продуктов высокотемпературной обработки солода.

Томленый солод имеет цвет 30–40 ед. ЕВС. Отличительной особенностью техноло гии томленого солода является то, что солод, проращиваемый в условиях, аналогич ных условиям проращивания темного солода, в последние 36 ч подвергают томлению

— тепловой обработке при температуре 40–50 °С со слабым продуванием воздуха, для подавления дыхания зерна. Это способствует прекращению роста зародыша и образо ванию низкомолекулярных продуктов ферментативного гидролиза — сахаров и ами нокислот. Затем томление постепенно переводят в начальную фазу сушки — подвяли вание. Завершающую фазу сушки — химическую — осуществляют при температуре 80–90 °С в течение 3–4 ч.

Кислый солод содержит до 2–4% молочной кислоты. В одном из способов его полу чают из светлого сухого солода, который замачивают в чистой воде при температуре 40–50 °С и выдерживают до образования около 1% молочной кислоты в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий. После этого солод высушивают при по степенном повышении температуры от 50 до 60 °С.

В другом способе кислый солод получают, обрабатывая ячмень в последней стадии замачивания суспензией чистой культуры молочнокислых бактерий.

2.2.2. Основные требования к пивоваренному солоду

Пивоваренный солод в соответствии с требованиями ГОСТа 29.294–92* и в зави симости от качества и вида должен удовлетворять основным требованиям, приведен ным в табл. 2.3. Для сравнения указаны требования [2], предъявляемые к светлому солоду в Германии.

* ГОСТ 29.294–92 Солод пивоваренный ячменный. Технические условия.

9 8 ПИВОВАРЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

* Цветовая единица — количество см3 раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3 воды.