3.2.4.3.5. Способы затирания

с применением несоложеного сырья

Известно, что необходимый для брожения сахар образуется из крахмала солода благо­даря работе ферментов. Крахмал, естествен­но, содержится не только в солоде, но и во всех видах зернопродуктов. Во многих стра­нах эти зернопродукты значительно дешевле сравнительно дорогого солода. Если не чув­ствовать себя связанным — как в Германии — законом о чистоте пивоварения, для произ­водства сусла можно частично применять эти более дешевые зернопродукты, которые в отличие от солода называют несоложеным сырьем.

При затирании ферменты солода должны проводить также расщепление и этих матери­алов. Если применять не больше 15-20% не­соложеных зернопродуктов, то потенциала ферментов солода хватает и для их расщепле­ния. При большей процентной доле несоло­женого сырья для поддержания процессов расщепления следует добавлять ферментные препараты, так как иначе процессы расщеп­ления неоправданно затянулись бы или даже вообще прекратились.

В качестве несоложеного сырья применя­ют особенно часто рис и кукурузу, а также яч­мень, пшеницу и сорго (последнее прежде все­го в африканских странах). Сахар не относит­ся к несоложеным зернопродуктам, но как поставщик экстракта также рассматривается как несоложеное сырье.

Химические реакции при расщеплении крахмала во время переработки несоложеного сырья всегда те же, что и при расщеплении крахмала в солоде, однако зерна крахмала у разных зернопродуктов имеют различные раз­меры, очень сильно отличаются по их лока­лизации в крахмальных клетках (см. раздел 1.5) и окружены разными составными веще­ствами оболочек. Это приводит к различному поведению зерен крахмала при клейстериза-ции и соответственно — к применению раз­личных способов затирания в зависимости от вида зернопродуктов. Одновременно раство­ряются и другие вещества или они расщепля­ются ферментами солода, так что состав зато­ра и сусла, а с ними и пива изменяется. Это влияет на брожение, фильтрование, вкус пива и другие параметры. Так, пиво, изготовленное с рисом, имеет более чистый и сухой вкус, а изготовленное с кукурузой склонно к не­сколько смягченному вкусу.

При добавлении несоложеного сырья сле­дует учитывать, что в нем белковые вещества еще находятся в стабильной форме и расщеп­лены незначительно из-за отсутствия пред­шествовавшего затиранию процесса солодо-ращения. Поэтому заторы с несоложеным сырьем содержат меньше низкомолекулярных продуктов расщепления белковых соединений (FAN), чем полностью солодовые заторы. Следует обращать особое внимание на то, что­бы дрожжи путем более интенсивного расщеп­ления белков получали бы достаточное коли­чество свободного аминного азота. Несмотря ни на что, пиво с несоложеным сырьем всегда содержит меньше азота и полифенолов (их тем меньше, чем выше содержание несоложе­ного сырья).

Переработка несоложеного сырья всегда ведет к изменению вкуса пива, и это измене­ние тем значительнее, чем больше добавка не­соложеного сырья. Изменение вкуса, которое не обязательно следует заранее рассматривать как его ухудшение, при применении несоло­женого сырья нужно учитывать, особенно если на рынке присутствует конкурент, рабо­тающий без использования несоложеного сы­рья и производящий пиво только из ячменно­го солода.

3.2.4.3.5.1. Затирание с рисом

Из несоложеного зернового сырья наиболее тяжелым для переработки является рис. Зер-

251 ©

на рисового крахмала очень невелики и твер­дые (см. рис. 1.30). В теплой воде зерна набу­хают очень медленно. Для их клейстеризации следует поднимать температуру до 75-80 °С или выше, но при такой температуре амилазы быстро погибают, так что при переработке риса нужно использовать другие методы.

Кроме того, рисовый крахмал очень силь­но набухает при клейстеризации — значитель­но больше, чем у других видов зернопродук­тов, и поэтому клейстер легко может приго­реть. Если затирать густо, то набухание может быть таким сильным, что у мешалки не хва­тит мощности и если не принять никаких мер, то она остановится. Поэтому чтобы α-амила-за солода смогла разжижить очень сильно за­гущенный клейстер, следует искать компро­миссное решение. α-амилаза при 80 °С инак-тивируется за короткое время и не способна больше к разжижению. Имеется несколько путей решения проблемы.

1. Если рисовый затор не слишком густ, то опасность пригорания не очень большая. Для растворения риса зачастую применя­ ют котел для разваривания несоложеного сырья. В более старых заторных агрега­ тах — это герметичный котел, в котором рисовый затор под давлением (= при тем­ пературах выше 100 °С) клейстеризуется и оптимально растворяется; в настоящее время затор из несоложеного сырья кипя­ тят обычно без избыточного давления, так как полученное увеличение выхода экст­ ракта едва ли стоит расхода дополнитель­ ной энергии.

2. Рисовую крупку затирают вместе с 10- 20% солодового затора и выдерживают 10-20 мин при 78 °С (рис. 3.43). При этом почти все рисовые зерна крахмала клей- стеризуются, разжижаются и почти не возникает опасности, что при последую­ щем кипячении рисовый затор пригорит.

3. Существуют сорта риса, которые клейсте- ризуются лишь при температуре свыше 80 °С. Поэтому для полной уверенности следует нагреть рисовый затор до 85- 90 °С, клейстеризовать его и затем вновь охладить до 70-75 °С, чтобы за короткое время провести осахаривание при добав­ лении солодового затора. Однако у этого способа имеется недостаток: очень трудно хорошо перемешать солодовый затор с

© 252

Рис. 3.43. Затирание с рисом (пример 1)

5.

очень вязким рисовым затором. Всегда лучше, если есть возможность смешать рисовый затор перед его клейстеризацией с частью солодового затора (минимум 10%).

Еще одна возможность состоит в том, что­бы рисовый затор с 10-20% солодового затора медленно нагревать до температу­ры свыше 80 °С (рис. 3.44), чтобы клейсте-ризующийся крахмал разжижать еще ос­тавшейся активной α-амилазой солода. Совершенно надежный метод состоит в том, чтобы добавлять товарную термо­стойкую α-амилазу бактериального про-

исхождения, которая еще сохраняет свою активность при температурах выше 80 °С и при этом разжижает вязкий рисовый за­тор. Об α-амилазе бактериального проис­хождения см. раздел 3.2.4.3.5.6. Если удалось клейстеризовать и разжижить рисовый затор, то можно считать, что преодолен тяжелейший рубеж. Напри­мер, дальнейшая переработка может вес- тись так, как показано ниже.

Исходный продукт — мелкая рисовая круп­ка; она должна затираться при гидромодуле не менее чем 5 гл воды на 100 кг рисовой круп­ки. У риса выход экстракта приблизительно

Рис. 3.44. Затирание с рисом (пример 2)

на 2% выше, чем у солода, что должно учиты­ваться при расчете массы засыпи.

Затирание с рисом — пример 1 (рис. 3.43):

1. Рис затирают с 10-20% солодовой части засыпи при 50 °С и выдерживают 10-15 мин. Чтобы не делать затор слишком гус­ тым, гидромодуль составляет около 1 : 4.

2. Температуру медленно поднимают до 72- 75 ˚С и выдерживают 10 мин.

3. Температуру в течение 15-20 мин повы­ шают до 85 ˚С, рисовый крахмал при этом клейстеризуется и разжижается.

4. Затор из несоложеного сырья доводят до кипения и кипятят 30-40 мин.

5. В момент начала кипячения затора из не­ соложеного сырья начинают отдельно за­ тирать солод при 50 °С (белковая пауза!).

6. Затор из несоложеного сырья при посто­ янном перемешивании медленно перека­ чивают в солодовый затор. Температура объединенного затора составляет здесь 63 °С (мальтозная пауза).

7. После 15-минутной паузы густой затор отбирают, нагревают до кипения и кипя­ тят 15 мин.

8. Путем возвращения этого затора темпера­ тура общего затора повышается до 74 ° С (пауза осахаривания).

9. После осахаривания общий затор нагре­ вают до 78 °С и перекачивают на фильтро­ вание.

Имеются сорта риса, крахмал которых клейстеризуется при температуре выше 80 °С. Чтобы получить полную клейстеризацию, некоторые пивоваренные предприятия при­меняют по предложению Лековазиера (Le Covaisier) нагревание затора, содержащего только несоложеное сырье, до температуры 85-90 °С (или при этой температуре произво­дят начало затирания несоложеного сырья). При этом рисовый крахмал обязательно клей­стеризуется. Путем перемешивания с более холодным солодовым затором получают тем­пературу объединенного затора около 75 ˚С. Этим обеспечивается дальнейший технологи­ческий процесс.

Затирание с рисом — пример 2 (рис. 3.44):

1. Рис затирают и клейстеризуют при 85-90 °С. Вязкость затора не должна быть после клейстеризации слишком высокой, так как иначе затор будет слишком густым

253 ©

и соответственно будут образовываться комки и наблюдаться пригорание (в экст­ремальном случае может остановиться мешалка), в связи с чем могут возникнуть трудности с осахариванием. Поэтому рис следует затирать с гидромодулем как ми­нимум 1 :5.

2. Горячий рисовый затор смешивают с бо­ лее холодным солодовым затором (20% от массы солода), начало затирания которо­ го происходило при 30-50 ˚С, при этом получают температуру смеси в 72-75 °С.

3. При 12-74 °С выдерживают паузу 20-30 мин; клейстеризованный рисовый крах­ мал разжижается активными ферментами солода.

4. Разжиженный рисовый затор нагревают до кипения и кипятят 30-40 мин.

5. В начале кипячения рисового затора ос­ тавшийся солод затирают при 50 °С (бел­ ковая пауза!).

6. Рисовый затор при постоянном перемеши­ вании перекачивают в солодовый затор; температура общего затора повышается до 63 °С (мальтозная пауза!).

7. После 15 минутной паузы отбирают гус­ той затор; его доводят до кипения и кипя­ тят 15 мин.

8. Путем возврата этого затора температуру общего затора повышают до 74 ˚ С (пауза осахаривания!).

9. После осахаривания общий затор нагре­ вают до 78 °С и перекачивают на фильтро­ вание.

3.2.4.3.5.2. Затирание с кукурузой

У зерен кукурузы имеются зародыши с очень высоким содержанием жиров (до 5%), кото­рые при подготовке зерна удаляют и извлека­ют из них кукурузное масло. Кукуруза посту­пает на предприятие без зародышей в форме крупки (grits) или хлопьев (flakes).

Крупка предлагается в тонко размолотом виде; ее обычно подают в развариватель несо­ложеного сырья с добавлением солода или без него, растворяют и клейстеризуют.

Хлопья расплющивают в вальцовом станке для приготовления хлопьев; при этом увлажненные зерна проходят через гладкие, охлаждаемые изнутри вальцы, которые рас­плющивают зерна в плоские хлопья с усили­ем 50 т при одинаковой скорости вращения

© 254

вальцов. В заключение проводят приблизи­тельно при 160 ˚С клейстеризацию и сушку в сушилке с псевдокипящим слоем. Обработан­ные таким образом хлопья можно подавать в заторный аппарат без дальнейшей предвари­тельной обработки.

Мука может подаваться в заторный аппа­рат без предварительной обработки; сироп добавляется в сусловарочный котел перед пе­рекачкой готового сусла на участок осветле­ния и охлаждения.

Для дальнейших стадий приготовления осахаренных заторов с кукурузой применяют технологические режимы, используемые для чистого солодового затора, причем, как пра­вило, — двухотварочные способы затирания.

3.2.4.3.5.3. Затирание с ячменем как несоложеным материалом

Ячмень без добавления ферментов можно в количестве до 20% перерабатывать с солодом как несоложеное 'сырье. Существует две воз­можности предварительной обработки яч­меня:

• в виде ячменного помола, полученного из­ мельчением очень твердых ячменных зе­ рен в отдельном вальцовом станке или молотковой дробилке; при этом крепко со­ единенные с эндоспермом оболочки также измельчаются, что следует учитывать при фильтровании затора;

• в виде ячменных хлопьев из обрушенного или необрушенного ячменя, полученных плющением в специальном плющильном станке; этот метод однако очень дорог и его использование в пивоварении приводит к повышенным затратам.

Предварительно подготовленное таким образом ячменное сырье можно перерабаты­вать вместе с солодовым затором. Если с рас­щеплением крахмала едва ли возникнут боль­шие проблемы, то с расщеплением белка на­верняка будут иметься большие сложности. Самой большой проблемой может стать β-глю-кан, так как он пока что не подвергался рас­щеплению, и здесь следует ожидать затрудне­ний с фильтрованием. Оправдывают себя та­кие мероприятия, как выдержка паузы при температурах 45-50 °С, оптимальных для эндо-β-глюканазы (см. раздел 3.2.1.4).

Ячмень естественно дает меньше экстрак­та, чем солод. Примерно 125 кг ячменя (или

120 кг обрушенного ячменя) могут заменить 100 кг солода. Применение ячменя как несоло­женого сырья выгодно только в том случае, если цена солода существенно выше или в наличии имеется недорогой ячмень с низким содержанием белка.

Ячмень как несоложеное сырье, в случае применения его в количестве более 20%, тре­бует добавления ферментных препаратов (см. след. раздел).

3.2.4.3.5.4. Затирание с сорго

Пиво из сорго варят во многих африканских странах, а в Южной Африке его ежегодно ва­рят в объеме около 30 млн гл. При этом ис­пользуется 30% солода из сорго и 70% несоло-женого сырья, состоящего из сорго, кукурузы или проса Millet (это вид мелкозернистого проса, который используется для пищевых целей и в Европе).

Обычно сорговое пиво производят с содер­жанием кукурузы в качестве несоложеного сырья до 80-90%. При этом кукурузу дробят и смешивают с молочной кислотой. Молочная кислота является носителем вкуса и, кроме того, удлиняет срок годности пива из сорго, который без нее составляет лишь около 100 часов. К этой смеси добавляют воду, и все вме­сте кипятят 2 ч, охлаждая затем до 80 °С. По­том добавляют сорговый солод, и смесь ох­лаждают до 40 °С. При этой температуре до­бавляют остаток солода из сорго, охлаждают до 22 ˚С, затор фильтруют и в сусло добавля­ют дрожжи. Через трое суток брожение закан­чивается, и содержание спирта составляет около 4% об. Мутное пиво из сорго разливают без фильтрования.

Во многих африканских странах все в большей степени производят пиво на обыч­ном пивоваренном оборудовании из 100% сор­го без добавления пивоваренного ячменного солода или технических ферментных препа­ратов, используя специальные способы зати­рания [131].

Солод из сорго может достигать показате­ля экстрактивности 79-84%, что дает и соот­ветствующий выход экстракта на производ­стве. Без проблем достижима и желаемая ко­нечная степень сбраживания.

Сусло подкисляется до его совместного кипячения с несоложеным сырьем. Чтобы по­лучить достаточное содержание низкомолеку­лярных продуктов расщепления белка (сво-

бодных аминокислот), необходимых для пи­тания дрожжей, стремятся для лучшего рас­щепления белков к достижению величины рН 4,6 при температуре 52 °С. Особенно следует учитывать белковый состав. Коллоидная стойкость соргового пива не достижима без использования дополнительных вспомога­тельных средств. В небольших сельских пи­воварнях сорговое пиво не охмеляют, пуская в продажу мутное пиво, которое хранится очень короткое время [129].

3.2.4.3.5.5. Затирание с сахаром или сахарным сиропом

Сахар растворим и сбраживаем. Естественно, его перерабатывают с солодовым затором и соответствующей добавкой несоложеного сы­рья, но так как сахар при затирании не должен подвергаться расщеплению, его добавляют в сусловарочный котел лишь за 10 мин до пере­качки охмеленного сусла. Следует учитывать также количество экстракта, вносимое саха­ром: вместо 100 кг солода нужно вносить 78 кг сахара. С сахаром в сусло не попадает ника­кого белка, и чтобы не возникли трудности с брожением, это следует учитывать особенно в отношении свободных аминокислот.

Зачастую вместо дорогих продуктов — са­хара или сахарного сиропа применяют также сироп из зерновых культур HFSS (hight fructose saccaharose syrup, концентрирован­ный фруктозо-сахарозный сироп), который представляет собой жидкий инвертный сахар, получаемый из кукурузы (соответствует са­хару-сырцу). Добавка его осуществляется также в сусловарочный котел.

3.2.4.3.5.6, Внесение ферментных препаратов при затирании

Все жизненные процессы управляются фер­ментами. Это касается всех созидательных процессов у растений и животных, а также всех процессов гидролиза. Поэтому фермен­ты являются веществами, необходимыми для функционирования всех живых организмов.

Все микроорганизмы также располагают специфическим для них инструментом — фер­ментами, с помощью которых они способны расщеплять определенные вещества для по­лучения необходимой для жизни энергии.

Значение ферментов

Ферментативные каталитические реакции издавна используются при переработке пище-

255 ©

вых продуктов. При этом ферменты либо с самого начала являются составной частью этих продуктов (например, ячменя) или посту­пают с микроорганизмами (например, с дрож­жами). Многие древнейшие технологии (вро­де производства сыра) основаны на действии микробных ферментов. При этом ферменты образованы именно микроорганизмами, но действуют и вне живой клетки. Это впервые показали братья Бухнер (Buchner) в 1897 г., полностью измельчив дрожжевые клетки и сумев провести брожение с помощью экстрак­та, их не содержавшего (в 1907 г. Е. Buchner был удостоен Нобелевской премии).

В настоящее время ферментная промыш­ленность производит очищенные ферментные препараты тоннами, и нельзя себе предста­вить, что было бы, если их исключить из по­вседневной практики. Так, в современных мо­ющих средствах содержатся приготовленные микробиологическим путем протеазы, липа­зы, амилазы, целлюлазы и другие ферменты, позволяющие отстирывать грязную одежду в теплой воде и сбрасывать загрязненную воду после глубокой экологической очистки. Сред­ства для мойки машин и посуды также сохра­няют при низких температурах высокую эф­фективность и не вредят окружающей среде.

В текстильном производстве ферменты имеют большое значение при расшлихтовке, отбеливании, а также при облагораживании джинсов. Сегодня без ферментов невозможно представить себе производство текстиля, бу­маги и кож.

Особое значение имеют ферменты в хле­бопечении, где они обеспечивают рыхлость выпечки и образование корочки, дают возмож­ность работать с охлажденным или перемерз­шим тестом или замедлять черствение выпеч-ных изделий.

Можно также указать на значение фермен­тов в крахмальном и сахарном производстве, в виноделии и производстве фруктовых соков, белков и кормов для животных, а также в фар­мацевтической промышленности.

При производстве пива также можно при­менять ферментные препараты, особенно ког­да пиво выпускается не в рамках немецкого закона о чистоте пивоварения. В Германии нельзя применять никакие другие ферменты, кроме содержащихся в ячмене и дрожжах.

Поскольку во многих странах из чисто эко­номических соображений работают с добав-

© 256

лением несоложеного сырья и, кроме того, встречаются с технологическими проблемами при производстве пива, ниже приводится ин­формация о преимуществах применения фер­ментов и их получении.

Целенаправленное применение ферментов при производстве пива при прочих равных условиях дает ряд преимуществ, а именно:

• ферментные препараты имеют выражен­ ную специфичность к субстрату и реакци­ ям;

• при средних температурах они имеют вы­ сокую скорость реакции;

• они обеспечивают управляемое и быстрое проведение реакций;

• они могут приготовляться технически аб­ солютно чистыми.

Ферментами, приготовляемыми из плес­невых грибов или бактерий, являются:

• амилазы — для стимулирования расщеп­ ления крахмала в варочном цехе при по­ вышенном содержании несоложеного сы­ рья и для полного расщепления белка при производстве бедного углеводами пива (диетическое пиво);

• протеазы — для усиления расщепления белка и повышения содержания свобод­ ных аминокислот;

• глюканазы — для расщепления в вароч­ ном цехе высокомолекулярных глюканов или для исключения проблем с фильтро­ ванием;

• декарбоксилазы — для предотвращения образования диацетила при брожении.

Эти бактериальные ферменты и фермен­ты, произведенные грибами, организованы иначе, чем ферменты ячменя и солода, и по­этому по сравнению с ферментами солода у них другой температурный и рН-оптимум.

Получение ферментных препаратов

Ферментные препараты получают путем вы­ращивания чистой культуры микроорганиз­мов, являющихся продуцентами тех или иных ферментов. Таким микроорганизмом может быть плесневый гриб или бактерия определен­ного вида. Выращивание чистой культуры выполняют (так же, как и культуры дрожжей) в цилиндроконическом танке при оптималь­ных для данного микроорганизма условиях

(питательный раствор, оптимальные значе­ния рН и температуры, аэрация или удаление воздуха и т. д.).

Когда получено достаточно биомассы, ткань микроорганизмов измельчается. Этот процесс требует особого внимания, поскольку тем самым достигается полное растворение. Если ткань гомогенизируется в присутствии экстракционного буферного раствора, после­дний часто содержит необходимые добавки для защиты фермента от окисления. При эк­стракции следует, как правило, нарабатывать большое количество исходного материала, так как содержание фермента в экстрагируемой протеиновой фракции мало, и при очистке большое его количество теряется. В заключе­ние исходный ферментный препарат обога­щают и очищают. При этом на первый план выходит отделение сопутствующих протеи­нов методами фракционного осаждения или их разделения по молекулярным массам. Фракцию, содержащую искомый фермент, собирают и разделяют далее.

Полное отделение сопутствующих протеи­нов проводится методом электрофореза с вы­сокой разрешающей способностью, так чтобы по его завершении получить чистый фермент, полностью отделенный от прежнего микроор-ганизма, а также от других ферментов и фер­ментных комплексов этого организма.

Полученный таким путем фильтрат куль­туры нестоек. Для получения необходимой длительной устойчивости его следует пре­вратить в промышленный ферментный пре­парат.

Концентраты культуры

Их получают путем дальнейшей концент­рации из очищенного концентрированного фильтрата, повышая стойкость при помощи добавки стабилизатора. Концентраты посту­пают на рынок в жидкой форме и должны хра­ниться на холоде. При температуре 25 °С га­рантируется декларируемая стойкость свыше трех месяцев. Путем охлаждения можно про­длить их сохраняемость до одного года, но при этом придется считаться с постепенным сни­жением активности концентрата.

Сухие препараты

Их производят из концентратов путем сушки выпариванием, вакуумированием или замора­живанием. На рынок они поступают в виде

порошка. Перед применением сухие продукты разводятся в теплой воде и активируются.

Грануляты

Грануляты ферментов имеют величину зерен от 0,4 до 0,6 мм, они обладают хорошей стой­костью и хорошо хранятся.

Применение ферментных препаратов

От изготовителей ферментные препараты поступают в продажу под условными на­званиями. В сопроводительных докумен­тах, особенно в гарантийном листке, указы­вают наименование фирмы-изготовителя, область применения, спецификацию на про­дукт, свойства фермента, дозировку, область применения, правила обращения, требования по безопасности и условия хранения. Реко­мендации фирм-изготовителей должны не­укоснительно соблюдаться.