Цех производства пивных дрожжей

Санкт-Петербургский  Государственный Университет 

           Низкотемпературных и Пищевых  Технологий. 
 
 
 
 
 

               «Цех производства  пивных дрожжей».                                            
 
 
 
 
 

                                                                                                                            Работу выполнил студент

                                                                                   245 группы

                         Бокань Е.С

                         Работу приняла

                                                                                                                             Матвеева Н.А. 
 
 
 

Содержание:

История пива и  пивных дрожжей………………………………………….3

Изучение брожения…………………………………………………………6

Введение…………………………………………………………………..8

Состав пивных дрожжей……………………………………………….13

Разведение дрожжей  чистой культуры…………………………………...14

Установка Грейнера………………………………………………………..15

Дрожжевое производство……………………………………………….....18

Распылительная  сушилка………………………………………………......20

Технологическая часть………………………………………….............21

Технологическое оборудование для выращивания

 дрожжевой  суспензии ……………………………………………….…….24

Дрожжерастительные  чаны………………………………………………...25

Дрожжегенератор…………………………………………………………...27

Сушка дрожжей………………………………………………………….….30

Вальцовые  вакуум – сушилки……………………………………………..30

Уход за дрожжами……………………………………………………….….37

Заключение……………………………………………………………….….43

Пример продуктового расчета пивоваренного завода……………………….……44 
 
 
 
 
 

Из истории о пиве…и пивных дрожжах…

Самые первые упоминания о пиве появились ещё в античности. Учёные обнаружили древний манускрипт на папирусе, в котором около 3 тысяч лет назад отец упрекал сына в том, что он часто заходит в заведения, где пьют «гаг» (один из сортов пива). В древней столице Египта Тель-Эль-Амарне британские археологи нашли остатки пивоварни конца XV начала XIV в. до н.э. Она принадлежала храму, построенному знаменитой Нефертити. В то время пиво было неотъемлемым продуктом в рационе египтян на ряду с луком и хлебом. Одной из важнейших частей суточной нормы строителей пирамид были три жбана пива. До нас дошёл один из рецептов её приготовления, следуя которому хороший ячмень нужно несколько раз намочить до образования хлопьев, высушить; приготовить из него хлеб, добавив закваску; затем немного поджарить и снова настоять на воде.

Ученые предполагают, что в наших славянских краях первые пивовары народились в эпоху так называемой Трипольской культуры, заложившей основы земледелия в междуречье Днепра и Днестра в IV-III в. до н. э. Но доподлинно этого никто не знает. Скорее всего то самое «трипольское» пиво варили из проса.

Первые письменные упоминания о пиве на Руси относятся к XIV веку. Во время археологических раскопок в Новгороде было обнаружено около тысячи берестяных грамот, в одной из которых некий Грикша писал: «Поклон от Грикши к Есифу. Прислав Онанья, молви…Яз ему отвечал: не рекл ми Есиф варити перевары ни на кого. Он прислал к Федосье: вари ты пив, седишь на безатьщине, не варишь жито…» Смысл этого берестяного послания ясен. «Житом» в Новгороде называли ячмень, а «переваром» — хмельной напиток из меда и пива. Его изготовление было одной из натуральных повинностей в Новгородской и прочих землях.

На Руси вообще были широко распространены медовые дани и перевары. Упоминания о солоде (проросшем высушенном и перемолотом зерне) встречаются еще в Киевской Руси. Солод, пиво и хмель считались обязательной частью оброка крестьян за пользование землей. Например, в писцовых книгах новгородских земель 1499-1500 годов среди прочих оброков встречаются и бочки с хмелем и пивом. Солодом часто расплачивались с мастерами, занимавшимися ремонтом городских укреплений, со сборщиками платежей и штрафов.

В средние века пивовары использовали множество добавок, чтобы придать пиву особый вкус и аромат. Например, хмель иногда заменяли горькими и даже ядовитыми дурманящими травами. Подобные примеси зачастую приводили к тяжелым болезням и отравлениям. Из-за неурожая ячменя заменяли его другими зерновыми продуктами, в таких случаях часто применялся более дешевый овес. Между тем, уже в те времена исследовались полезные свойства пива и было определено, что пиво, сваренное лишь из ячменного солода, хмеля и воды, оказывает благотворное влияние на организм человека. В 1516 году баварский герцог Wilhelm IV ввел для всей Баварии закон чистоты пива, известный сегодня как Reinheitsgebot, требующий варить пиво только из ячменя, хмеля и воды. Использование каких-либо иных добавок было исключено. Эта «заповедь чистоты» стала своеобразным стандартом качества баварского пива. О дрожжах в средние века не упоминалось, т.к. люди не знали о деятельности микроорганизмов, которые влияют на главную стадию приготовления пива — брожение. Лишь после открытия Луи Пастором биологической сущности брожения (1860 г.) началось целенаправленное применение дрожжей в пивоварении.

В дальнейшем, в 80-х годах 19 века, благодаря работам Эмиля Христиана Хансена, а позднее, в 90-х годах, Пауля Линднера были получены методы получения чистой культуры пивных дрожжей. Эти открытия стали решающими в теории пивоварения и получения множества сортов пива с заданными вкусовыми свойствами. В средневековый закон были внесены поправки, допускающие применение дрожжей.

В конце XIX века баварский закон чистоты пива по инициативе Отто Бисмарка, был законодательно распространен на всю Германию. В настоящее время закон чистоты официально упразднен, однако пивовары Германии соблюдают старые традиции, отказываясь от применения несоложенных зернопродуктов, сахара, ферментных препаратов, консервантов, стабилизаторов, и других добавок, указывая на этикетке пива «Bebraut nach dem deutschen Reinbeidsgebot don 1516» — «Сварено по немецкому закону чистоты 1516 года» или просто «1516».

Баварский закон (Reinheitsgebot) о чистоте пива Вильгельма IV (1516 г.). 
Мы правим, заявляем и хотим вместе с советом нашей земли, чтобы с этих пор и по всей земле герцогства Бавария, а также по все городах и на торговых площадях, не имеющих специальных правил, от Михаэли до Георги кварта или копф пива не продавалась бы более, чем за один пфенниг мюнхенской валюты, и от Георги до Михаэли кварта пива не более чем за два пфеннига той же валюты, а копф — не более, чем за три геллера под страхом наказаний, перечисленных ниже. Если кто-то не варит Мартовское пиво, а варит другое, или делает это как-то иначе, то он не должен продавать его более, чем за один пфенниг за кварту. Но, прежде всего, мы настаиваем, чтобы отныне и впредь ничего более не использовалось для любого пива кроме солода, хмеля и воды во всех наших городах, на рыночных площадях и по всей земле. Тот, кто умышленно нарушит Указ и не останется ему верным, должен быть лишен своего бочонка пива магистратом в качестве наказания. Но если владелец постоялого двора покупает один, два или три бочонка пива на какой-либо пивоварне в наших городах, на рыночных площадях и по стране, а затем продает его простому крестьянину, то ему (этому владельцу) и только ему позволяется и не запрещено продавать кварту или копф пива на один геллер больше того, что было указано выше.

Изучение брожения

Рисунок 1   Портрет Луи Пастера.

Изучением брожения Пастер занялся с 1857 года. В то время господствовала теория что этот процесс имеет химическую природу (Ю. Либих), хотя уже публиковались работы о его биологическом характере (Ш. Каньяр де Латур, 1837), не имевшие признания. К 1861 Пастер показал, что образование спирта, глицерина и янтарной кислоты при брожении может происходить только в присутствии микроорганизмов, часто специфичных.

Луи Пастер доказал, что брожение есть процесс, тесно  связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости. При выяснении этого вопроса  Пастеру предстояло опровергнуть господствовавший в то время взгляд Либиха на брожение, как на химический процесс. Особенно убедительны были опыты Пастера, произведенные с жидкостью, содержащей чистый сахар, различные минеральные  соли, служившие пищей бродильному  грибку, и аммиачную соль, доставлявшую грибку необходимый азот. Грибок развивался, увеличиваясь в весе; аммиачная соль тратилась. По теории Либиха, надо было ждать уменьшения в весе грибка и  выделения аммиака, как продукта разрушения азотистого органического  вещества, составляющего фермент. Вслед  за тем Пастер показал, что и для  молочного брожения также необходимо присутствие особого фермента, который  размножается в бродящей жидкости, также увеличиваясь в весе, и при  помощи которого можно вызывать ферментацию  в новых порциях жидкости.

В это же время  Луи Пастер сделал еще одно важное открытие. Он нашел, что существуют организмы, которые могут жить без  кислорода. Для них кислород не только не нужен, но и вреден. Такие организмы  называются анаэробными. Представители  их — микробы, вызывающие маслянокислое брожение. Размножение таких микробов вызывает прогорклость вина и пива. Брожение, таким образом, оказалось анаэробным процессом, жизнью без дыхания, потому что на него отрицательно воздействовал кислород (эффект Пастера).

В то же время  организмы, способные как к брожению, так и к дыханию, в присутствии  кислорода росли активнее, но потребляли меньше органического вещества из среды. Так было показано, что анаэробная жизнь менее эффективна. Сейчас показано, что из одного количества органического  субстрата аэробные организмы способны извлечь почти в 20 раз больше энергии, чем анаэробные.

В 1860—1862 Пастер изучал возможность самозарождения микроорганизмов. Он провёл элегантный опыт, взяв термически стерилизованную питательную среду и поместив её в открытый сосуд с загнутым вниз длинным горлышком. Сколько бы сосуд стоял на воздухе никаких признаков жизни в нём не наблюдалось, поскольку содержащиеся в воздухе бактерии оседали на изгибах горлышка. Но стоило отломить его, как вскоре на среде вырастали колонии микроорганизмов. В 1862 Парижская Академия присудила Пастеру премию за разрешение вопроса о самозарождении жизни. 
 
 
 
 
 
 

Введение.

С пивными дрожжами, как впрочем и с водой для  пива, связано наибольшее количество слухов и домыслов. «Дрожжи –  панацея от многим болезней. От пива поправляются, потому что там есть дрожжи» и т.д. Что же это такое «Пивные дрожжи»?    

Дрожжи –  это одноклеточные микроорганизмы. Они есть везде, даже в воздухе. До тех пор пока не была выведена раса культурных дрожжей, пивовары использовали дрожжевые грибки, находящиеся в  окружающей среде, для спонтанного  брожения пива. Результаты, соответственно, получались различными. Если пиво получалось хорошее,  благодарили Бога,  если нет,  обвиняли нечистую силу.        

 Так продолжалось  до тех пор, пока французский  химик и микробиолог Луи Пастер (1822-1895) не открыл подлинных виновников  брожения  -  одноклеточных дрожжевых грибков. Пастер также установил различие между дрожжами, которые вызывают спиртовое брожение и другими микроорганизмами, инициирующими молочнокислое брожение. Кроме того, он предложил простой способ останавливать этот процесс, который с тех пор называют пастеризацией: нагревание выше 52°С в течении 10 минут убивает пивные дрожжи.          

Культурные пивные дрожжи обычно делятся на две большие  группы: дрожжи верхнего и нижнего  брожения. Первые, работают при более  высокой тепературе и в процессе брожения всплывают вверх. Их применяют при приготовлении элей, стаутов и других сортов пива верхнего брожения. Дрожжи нижнего брожения, соответственно, во время брожения оседают вниз и используются при приготовлении лагеров. 

  Во время варки крахмал, находящийся в солоде, превращается в сахар. Затем сусло (отвар солода и воды) тщательно кипятят и, охладив, перекачивают в танки для брожения. Во время перекачки сусло аэрируется и в него добавляются дрожжи. Дрожжи поглощают находящийся в сусле сахар и воздух, а взамен выделяют алкоголь и углекислоту. После того, как сахар переработан и брожение закончено, дрожжи удаляются для дальнейшего использования.  

  Одни и те же дрожжи обычно используются до 10 раз. Затем возрастает вероятность мутации. Использованные дрожжи применяются как добавка к корму скота.  

  Процесс разведения новых дрожжей, как и другие процессы, связанные с использованием дрожжей, требует абсолютной стерильности. 20 грамм сухих дрожжей разводят в 20 литрах хорошо простерилизованного сусла. Затем после короткого брожения добавляют в ёмкость с 2000 литрами стерилизованного сусла. Несколько дней тщательно контролируемого брожения и дрожжи  перекачивают в танк для дальнейшего брожения. Каждая партия запускаемых дрожжей находится на строгом учёте. В результате брожения дрожжи опускаются или поднимаются вверх (в зависимости от типа), а затем удаляются для дальнейшего применения.  

В мире имеются  несколько банков дрожжей, где образцы  хранятся при температуре -80°Ц. Услугами этих банков пользуются многие пивоварни.  

  Теперь о мифах. Обычное отфильтрованное пиво, разлитое и пастеризованное, не содержит дрожжей. Они в процессе приготовления удаляются. Хотя существуют определённые марки пива, куда дрожжи добавляют при разливе в бутылки. Некоторые марки пива разливаются минуя последнюю стадию очистки – фильтрацию. В обычных же сортах пива дрожжи отсутствуют.  И если посмотреть на содержание калорий в 100 милилитрах пива и сухого вина (это можно прочесть на этикетке), в сухом вине их обычно больше.  

  В то же время пивные дрожжи очень полезны для здоровья, так как наполовину состоят из белка и являются богaтым источником витаминов. Дрожжи очень хорошо влияют на очистку кожи, особенно при подростковом воспалении кожи лица, укрепляют волосы, ногти. Улучшают обмен веществ в организме. Сейчас в аптеках даже продаются пивные дрожжи в таблетках. 

                          Рисунок 4  Дрожжи

      Дрожжи  — сборная группа одноклеточных  грибов из различных классов (сумчатые, базидиальные, несовершенные). Широко распространены в природе, особенно там, где имеются сахаристые вещества (ягоды, фрукты, нектар цветов, молочные продукты и т.д.). В связи со способностью дрожжей производить спиртовое брожение сахаров их используют в хлебопечении, виноделии, пивоварении, спиртовом и глицериновом производстве, в молочной, медицинской и микробиологической промышленности, в производстве витаминов, для получения эргостерина (провитамин D2), нуклеиновых кислот, в сельском хозяйстве и т.п .Дрожжи содержат высококачественный белок, углеводы, богаты витаминами группы В. Жидкие пивные дрожжи улучшают секрецию желудка и поджелудочной железы, усиливают всасывание пищевых веществ в кишечнике, повышают сопротивляемость организма к инфекциям. Их назначают при анемиях, сахарном диабете, фурункулёзе, язвенной болезни, невралгиях и т.п., а также при необходимости повысить содержание белков в пищевом рационе. Употребляют также сухие медицинские дрожжи в таблетках. Основные химические продукты, производимые на основе дрожжей, витамины группы В: холин, тиамин (В1), пиридоксин (В6), пантотеновая кислота (В3), фолиевая кислота.

      В свежем виде пивные дрожжи представляют собой нестойкий продукт, и разложение их при комнатной температуре  начинается через несколько часов, а при температуре 30° С - через 20-30 минут.

      Наилучший метод консервирования дрожжей - это сушка. В сухом виде (при  содержании влаги около 10%) дрожжи сохраняются  в течение длительного времени.

      При получении кормовых дрожжей, сушке  подвергаются необезгореченные дрожжи, но для получения пищевых и  лечебных продуктов, дрожжи предварительно должны быть обезгоречены.

      Необходимость переработки пивных дрожжей обусловлена  огромной пищевой ценностью данного  продукта.

      Дрожжи  являются более богатым источником белков, чем мясо. 1 кг сухих дрожжей  дает 4520 ккал, в то время как 1 кг мяса средней жирности – 1720 ккал. Дрожжи содержат в достаточном количестве 5 из 6 основных аминокислот, из которых  организм создает свой белок.

      В дрожжах содержится глютатион, регулирующий процессы окисления и восстановления, и ряд других веществ, полезных для  нормального обмена веществ в  живом организме. Причем пивные дрожжи значительно богаче витаминами, чем  пекарские.

               Химический состав дрожжей и содержание в них витаминов и других биокатализаторов дают возможность использовать их в качестве материала для получения лечебных и питательных препаратов, а так же как хороший белковый корм для птиц и свиней.

Бродильная  активность дрожжей характеризуется  степенью сбраживания сусла (%) 
С= (Е-е)100/Е,

Пивные дрожжи в  природе встречаются редко и  при этом весьма отличаются от тех  облагороженных дрожжей, что применяются  для производства пива. Столетия селекционного  отбора понадобились людям для выведения  пригодных для этой цели штаммов. Всего известно не менее 500 типов  дрожжей применяемых в пивоварении.

      Дрожжи  верхового брожения применяются  при производстве, к примеру, портера, эля, стаута и большинства сортов пшеничного пива. Дрожжи низового брожения - при изготовлении лагерного пива и пива среднеевропейских сортов. Названия этих двух типов дрожжей  произошли от способности дрожжей  верхового брожения собираться в  завершающей стадии брожения на поверхности  пива, в то время как дрожжи низового брожения по окончании процесса опускаются на дно бродильной ёмкости. Разные типы дрожжей придают пиву различный вкус. Дрожжи верхового брожения формируют «шапку» на поверхности сусла, предпочитают температуры 14—25°C (поэтому верховое брожение также называются тёплым) и выдерживают более высокие концентрации спирта. Дрожжи низового (холодного) брожения имеют оптимум развития при 6—10°C и оседают на дно ферментёра.

Таблица № 1.Содержание витаминов в пивных дрожжах

Состав пивных дрожжей.

Белки, аминоксилоты (лизин, гистидин, аргинин, аспарагиновая  кислота, треонин, серин, глутаминовая кислота, пролин, глицин, аланин, цистин, валин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин), углеводы, витамины (В1 - тиамин, В2 - рибофлавин, В3 - пантотеновая кислота, В5 - никотиновая  кислота, В6 - пиридоксин, Н - биотин, Вс - фолиевая кислота), минеральные вещества (железо, цинк, марганец, медь, калий, фосфор, сера).

Помимо уже  умеющихся компонентов в пивные дрожжи по специальной технологии можно  добавлять и другие компоненты, не свойственные изначальному составу  пивных дрожжей. Таким образом получаются пивные дрожжи с цинком, пивные дрожжи с селеном и т.д.

      Таблица №2.Химический состав и усвояемость пивных дрожжей

Разведение  дрожжей чистой культуры.

Под разведением  понимают увеличение массы дрожжей  в количестве от массы в одной  пробирке до массы маточных, необходимой  для внесения в бродильный аппарат.  

 Весь процесс  разведения состоит из двух  стадий: лабораторной (разведение дрожжей  в лаборатории) и цеховой (разведение  дрожжей в отделении чистой  культуры).  

 Лабораторная  стадия состоит из нескольких  последовательных пересевов. Вначале  чистую культуру из пробирки  пересевают в колбочки на стерильное  сусло, затем проводят пересев  дрожжей со стерильным сброженным  суслом на новое стерильное  сусло, объем которого от пересева  к пересеву увеличивается в  несколько раз. Лабораторная стадия  заканчивается сбраживанием 6 л сусла  в медной колбе Карлсберга  в течении 5-6 сут при 7-8^оС.     

 Цеховая стадия- это разведение дрожжей на  стерильном охмеленном сусле  в специальных аппаратах.     

 На рисунке  5 показана установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей в цехе (трубопроводы не показаны). Установка состоит из стерилизатора 4 , двух бродильных цилиндров 3,  число которых изменяется в зависимости от количества используемых дрожжей, резервуара для предварительного брожения 1 и посуда 2 для посевных дрожжей.      

 Стерилизатор  и резервуар предварительного  брожения оборудованы змеевиками  для нагревания или охлаждения  сусла, воздушными фильтрами и  контрольно- измерительной аппаратурой.     

 Бродильные  цилиндры имеют сосуды для  посевных дрожжей вместимостью 10 л.    

   Стерилизатор предназначен для кипячения сусла (стерилизация) и последующего его охлаждения, Бродильный цилиндр- для первой стадии размножения, резервуар предварительного брожения- для стерилизации и охлаждения сусла, а также проведения второй стадии размножения чистой культуры. Температура воздуха в отделении чистой культуры 8-9^оС.     

 Разведение  чистой культуры происходит следующим  образом. В стерилизатор 4 из сусловарочного  котла набирают горячее охмеленное  сусло, кипятят его в течении  1 ч, затем охлаждают до8-12^оС. С помощью сжатого стерильного воздуха сусло подают в цилиндр 3, куда через специальный кран  из медной колбы Карлсберга вводят чистую культуру, затем сбраживают в течении 3 сут.  При этом дрожжи размножаются и увеличиваются в массе. к концу третьих суток резервуар предварительного брожения заполняют суслом, которое также нагревают до кипения, а затем охлаждают. Часть чистой культуры из бродильного цилиндра 3 отбирают на хранение в сосуд 2 для посевных дрожжей, где она хранится до до следующей разводки, а основную часть его перекачивают в резервуар 1,  где осуществляют предварительное брожение при 9^оС в течение 3 сут.   

 В следующих  циклах разведения дрожжи для  посева в стерильное сусло,  находящееся в бродильном цилиндре 3 берут из сосуда 2. Процесс разведения  чистой культуры в установке  Грейнера повторяют многократно  до обнаружения в дрожжах посторонней  микрофлоры.   

 Сбраживаемую  массу из резервуара 1 перекачивают  в специальный аппарат для  предварительного брожения вместимостью 1000 дал, но наполненный на 1/3 суслом  температурой 5-7^оС.  Через 12 ч брожения в этот аппарат доливают еще 400 дал свежего охмеленного сусла и продолжают брожение еще 36 ч, поддерживая температуру 5-7С. Затем сбраживаемое сусло перекачивают в аппарат для главного брожения с 700 дал сусла , а через 1 сут заполняют его суслом до полной вместимости и ведут брожение обычным способом, контролируя температуру, концентрацию сусла и осветление. Осевшие при брожении дрожжи смывают, промывают холодной водой и используют в производстве как первую генерацию.     

 Дрожжерастительные  аппараты перед началом работы  стерилизуют паром в течение  45 мин под давлением 0,15- 0,17 МПа.  Воздух, поступающий в стерилизатор, должен проходить через воздушные  фильтры.

Стерилизатор  для сусла имеет лаз, два смотровых  стекла, предохранительный клапан, манометр, двойной воздушный фильтр и внутри два змеевика (один над  другим), соединенных последовательно  при помощи наружного проходного вентиля. Нижний змеевик предназначен для нагревания, кипячения и охлаждения сусла, верхний - только для охлаждения сусла. Емкость стерилизатора 650 л.

Рис. 6. Установка Грейнера для разведения чистой культуры дрожжей:

/ - стерилизатор; 2 - цилиндры для брожения; 3 - аппарат для предварительного брожения; 4 -- сосуд для маточных дрожжей.

Бродильные цилиндры предназначены для первой стадии размножения чистых культур дрожжей, подготовленных в лабораторных условиях. Они снабжены небольшими сосудами (емкостью 10 л) для хранения чистой культуры дрожжей. Бродильные цилиндры имеют коммуникации для стерильного воздуха, стерильного сусла, чистой культуры дрожжей и для переевдачи стерильного сброженного сусла в аппарат для предварительного брожения. На крышке цилиндра имеются два смотровых стекла и два крана со штуцерами: один для пересева чистой культуры, другой для присоединения трубопровода, подводящего сусло. Бродильный цилиндр снабжен последовательно соединенным двойным фильтром для фильтрации поступающего воздуха; этот воздух предназначен для вытеснения дрожжей в аппарат для предварительного брожения и в сосуд для хранения маточных дрожжей. Емкость цилиндра для сбраживания 350 л.