Характеристика сырья для получения пива

Пиво - слабоалкогольный жаждоутоляющий напиток с характерным  хмелевым ароматом и приятным горьковатым  привкусом. Оно является одним из первых напитков полученных  путём  спиртового брожения. Историки  утверждают, что около 7000 года до нашей эры, то есть 9 тысяч лет назад, шумеры, проживающие в Двуречье уже умели варить напиток с применением ячменного солода. Предполагают, что предшественника современного пива - напитка, полученного путем брожения злаков, - люди знали еще со времен каменного века.  

Характеристика сырья для получения пива. 

 Основным  сырьем для производства пива  является ячменный пивоваренный  солод (светлый, темный и специальные  сорта). Основные сортовые особенности  пива (цвет, вкус, запах, аромат) во  многом зависят от качества  солода и соотношения его видов в рецептуре. Иногда, часть солода заменяют несоложеным сырьем: рисом (сечкой), кукурузой (мукой или сечкой), пшеницей или, чаще, ячменной мукой. Цель этого - экономия дорогостоящего солода или придание пиву определенного вкуса. 

На формирование органолептических показателей пива оказывают большое влияние качество воды. Технологическая вода должна отвечать всем требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Она должна быть прозрачной, бесцветной, приятной на вкус, без запаха, с определённой жесткостью и рН 6,8-7,3. Жесткость воды и ее солевой состав регулируют, применяя различные способы водоподготовки: реагентный, ионообменный, электродиализный и мембранный, основанный на принципе обратного осмоса. Для удаления неприятного запаха воду дезодорируют путем пропускания через колонку, заполненную активированным углем. 

Наиболее дорогостоящим  сырьём пивоваренного производства является хмель. Он придает пиву специфический  горький вкус и аромат, способствует удалению из сусла некоторых белков, служит антисептиком, подавляя жизнедеятельность контаминирующей микрофлоры, и повышает пеностойкость пива. В пивоварении используют женские соцветия хмеля — хмелевые шишки, содержащие ароматические и горькие вещества. Горькие вещества представляют мягкие и твёрдые смолы. Ароматические вещества представлены в основном эфирным маслом, содержание которого колеблется от 0,3 до 2 %. Важная составная часть хмеля — дубильные вещества, количество которых достигает 3 %. В пивоварении используют высушенные хмелевые шишки, молотый брикетированный хмель, а также различные хмелевые экстракты. Хмель и хмелепродукты хранят в сухом, темном и охлажденном помещении с температурой от 0 до 2°С и относительной влажностью воздуха не выше 70 %. 

В пивоварении  основным источником ферментов является проросшее зерно. Помимо этого используют амилолитические и протеолитические ферментные препараты, а также их смеси в виде мультиферментных композиций. Амилолитические препараты существенно повышают выход экстракта за счет гидролиза некрахмальных полисахаридов и улучшают качество сусла. Протеолитические препараты используют для улучшения качества сусла, а также для ликвидации коллоидных помутнений в пиве. Наиболее эффективным средством является применение мультиферментных композиций.  
 

Производство пива включает в себя следующие этапы: 

1.      приготовление солода 

2.      дробление солода 

    3.   получение пивного сусла: 

            - затирание 

             -фильтрование 

             -кипячение сусла с хмелем 

             -отделение сусла от хмелевой дробины. 

             -охлаждение и осветление сусла  

    4.   сбраживание пивного сусла и  дображивание пива 

5.       
 

Приготовление солода. 

    Солод  представляет собой зерна злаков, проращенных в искусственных  условиях при определенной влажности и температуре. Для приготовления светлого пива используют светлый солод, приготовленный из ячменя (очень редко из пшеницы), а для приготовления темных сортов пива применяют темный, карамельный или жженый солод. Наибольшую интенсивность цвета  имеет жженый солод, наименьшую - темный.  Акт приготовления солода происходит на солодовенных отделениях пивоваренных заводов или непосредственно на солодовенных заводах. Через два месяца после уборки урожая, ячмень отлеживается и дозревает. Далее его подвергают очистке от примесей, сортировке, и, наконец, замачивают в воде с температурой 10-16 °C. Проращивание происходит в токовых или пневматических солодовнях при температуре 13-16 °C. Если целью является приготовление светлого пива, то этот процесс длиться в течение 7-8 суток, если темного, то 9 суток. За это время происходит накопление ферментов и частичный гидролиз биополимеров зерна до более простых молекул. Солод в результате разрыхляется, а вкус его становится сладким.  После проращивания солод подсушивается. Температура сушки на солодосушилках в течение суток (для светлого) поднимается до 80 - 85 °C или за двое суток до температуры 105 °C (для темного солода). Ростки подсыхают, что дает возможность их легко удалить. В результате солод приобретает приятные хлебные вкус и аромат. Свежеотсушенный солод выдерживается в солодохранилище не менее 30 суток. За это время он теряет хрупкость. Cвежепроросший солод в пивоварении не используется по причине высокой влажности, отсутствия хлебного аромата и вкуса, невозможности долгого хранения. Свежеотсушенный солод хранят насыпью в слое высотой 3-4 м или в силосах при температуре не выше 20 °С.  

Дробление солода. 

Основная цель дробления солода и несоложеного сырья — облегчение и ускорение  физических и биохимических процессов растворения зерна для обеспечения максимального перехода экстрактивных веществ в сусло. Перед измельчением солод очищают от посторонних включений: для удаления пыли и остатков ростков солод пропускают через полировочную машину, для удаления металлопримесей используется электромагнитный сепаратор. Солод дробится в сухом или, реже, частично увлажненном виде. Дробление солода осуществляют на четырех и шестивальцовых дробилках на крупных производствах и на двухвальцовых - на минипивзаводах. Оптимальный состав помола солода должен обеспечить максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла.  

Получение пивного  сусла 

Затирание. Цель затирания — экстрагирование  растворимых веществ солода и  несоложеного сырья и превращение под действием ферментов нерастворимых веществ в растворимые с последующим переводом их в раствор. Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом. 

Затирание включает три стадии: смешивание измельченных зернопродуктов с водой, нагревание и выдерживание получен­ной смеси при заданном температурном режиме. При этом количество единовременно обрабатываемых измельченных зернопродуктов называют засыпью, объем применяемой воды - наливом, а полученный продукт - затором. Обычно на затирание 100 кг зернопродуктов расходуют 350-500 л воды. 

На первых стадиях  затирания в раствор переходят  углеводы, частично белки и продукты их гидролиза, пектиновые, дубильные  и горькие вещества и минеральные  соли. Основные же компоненты зернопродуктов - крахмал и белки - нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состояние осуществляется в результате направленного действия соот­ветствующих ферментов. 

Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При  затирании крахмал гидролизуется  до декстринов, мальтозы и глюкозы. Низкомолекулярные сахара используются затем при брожении, а декстрины придают пиву полноту вкуса и повышают его вязкость. Амилолитические ферменты также гидролизуют полисахариды, входящие в состав клеточных стенок зернового сырья. Продукты гидролиза некрахмальных полисахаридов повышают выход экстракта, снижают вязкость раствора, благоприятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчивость. 

     Как  и крахмал, белки начинают гидролизоваться  в процессе солодоращения. Белки  и продукты протеолиза обуслов­ливают  образование пены пива,  влияют на его стойкость при хранении и улучшают органолептические свойства. Также продукты гидролиза белков необходимы для питания дрожжей. 

При затирании  протекают также многочисленные неферментативные процессы: экстракция образующихся растворимых веществ, частичная коагуляция белка и др. 

Затирание можно  производить двумя способами: настойным  или отварочным. При настойном  способе затор нагревают до 85 °С, делая паузы при 37-40°С, 50-52°С, 62-64°С, 70-72°С по 30 минут. Данные температуры являются оптимальными для работы определённых групп ферментов (эндопептидаз, амилаз и др.). Затем температуру затора повышают до 75-77°С. Полученное этим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот, мало дек­стринов и поэтому сильно сбраживается. Настойный способ применяют при получении сусла для верхового брожения.  

При отварочный способе часть затора из одного заторного  аппарата перекачивают в другой. Там  его кипятят, затем возвращают обратно. Эту часть затора называют отваркой. В зависимости от количества отварок бывают одно-, двух- и трехотварочные способы. Таким образом, температура массы основного затора повышается с теми же температурными паузами, что и при настойном способе. Наиболее распространен двухотварочный способ, потому что он дает возможность перерабатывать солод любого качества при приемлемых затратах энергии. Одноотварочный применяют только при переработке солода высокого качества. Трехотварочный - при переработке солода невысокого качества или для приготовления темных сортов пива  (недостаток этого способа - высокие затраты энергии). Выход экстракта при отварочном способе выше, чем при настойном. Это обусловлено тем, что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативному, но и физическому воздействию (кипячению). Отварочные способы дают сусло для низового брожения. 

 В зависимости  от способа затирания и температурных  пауз процесса можно получить  сусло 

 разного состава,  а следовательно и различные  сорта пива. Чтобы получить светлые  сорта пива процесс необходимо вести таким образом, чтобы в результате осахаривания получилось больше сахаров для более глубокого выбраживания, а для темных сортов пива - больше декстринов. 

Несоложеное сырье  затирают в смеси с солодом  или подрабатывают отдельно, а  затем смешивают с солодом и готовят общий затор. 

После затирания  затор перекачивают на фильтрование. 
 

Фильтрование  затора. Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина). Цель фильтрования — отделение пивного сусла от дробины. Фильтрование затора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание — вымывание экстракта, задерживаемого дробиной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива. 

Фильтрование  первого сусла представляет собой  в основном физический процесс. А  при выщелачивании дробины водой  протекает конвективная диффузия, а  также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает, что приводит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива и может служить причиной ухудшения его вкуса. 

На скорость фильтрования влияют состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтраппарате фильтрующим слоем  является слой дробины, образующийся при  отстаивании затора. На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 °С во избежание инактивации  

Наиболее распространены периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного  аппарата или фильтр-пресса. На первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный аппарат, где он отстаивается для формирования фильтрующего слоя высотой 30-40 см. Затем начинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат. По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70-80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. Дальнейшее вымывание экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет к выщелачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топлива на выпаривание избытка воды. 

В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допускается более тонкий помол зернопродуктов. После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75-80 °С до плотности промывных вод 0,5-0,7 %. 
 

Кипячение сусла  с хмелем. Отфильтрованное сусло  и промывные воды собирают в сусловарочном аппарате и кипятят с хмелем. Цель кипячения — стерилизация сусла, стабилизация и ароматизация его состава горькими веществами хмеля. 

Дробленые зернопродукты  всегда содержат некоторое количество микроорганизмов. При кислой реакции  среды сусла стерилизация достигается уже через 15 минут кипячения. При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в результате растворения в нем специфических составных частей хмеля. С повышением температуры сусла происходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути. Кипячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинообразования, карамелизации сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля. 

Сусло с хмелем кипятят в сусловарочных аппаратах. Кипятят сусло с хмелем 1.5-2.5 часа, при этом хмель вносят в 2-4 приема. Поступающее в сусловарочный аппарат сусло должно иметь температуру 63-75 °С, для того чтобы предохранить ею от инфицирования и максимально продлить активность ферментов. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют вытяжку из следующего затора и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания. Сусло кипятят только после заполнения аппарата. Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее образование хлопьев. 

Конец кипячения  сусла определяют по содержанию сухих  веществ в нем, свертыванию белково-дубильных  веществ, обра­зованию хлопьев и  прозрачности горячего сусла. 
 

Отделение сусла  от хмелевой дробины. После окончания кипячения охмеленное сусло поступает в хмелеотделитель. Хмелевая дробина задерживается на сите, сусло проходит сквозь него и центробежным насосом перекачивается в сборник для охлаждения и осветления. Затем хмелевую дробину промывают горячей водой для дополнительного выщелачивания экстрактивных веществ хмеля. Промывные воды присоединяются к суслу в сусловарочном аппарате. 
 

     Охлаждение  и осветление сусла. Цель охлаждения  и осветления сусла - понижение  температуры до 6-16 °С, насыщение  его кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц. 

В охлаждаемом  сусле остаются коагулированные  белки, которые находятся в состоянии  тонких взвесей (суспензий). При понижении  температуры они осаждаются. В  течение всего процесса охлаждения сусло поглощает кислород воздуха, который при температуре выше 40 °С расходуется на окисление органических веществ сусла, что приводит к потемнению сусла, снижению хмелевого аромата и хмелевой горечи. Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого ко­личества воды, что приводит к уменьшению его объема и повышению концентрации. 

Сусло температурой 20-40 °С является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры. Поэтому  его охлаждают в две стадии. Первую стадию от 90 до 60 °С проводят в  течение 2 ч для обеспечения максимального осаждения крупных взвесей, а вторую—от 60 до 6-16 °С проводят быстро с использованием пластинчатых теплообменников. Сусло предназначенное для низового брожения охлаждают до 5-7 °С, для верхового брожения - до 14-16 °С. 

Для охлаждения сусла до 60 °С используют холодильные тарелки (тонкий слой сусла толщиной 150-250 мм), отстойный и гидроциклонный аппараты (высокий слой сусла). Сусло охлаждается до 60 °С в тонком слое в течение 2-6 ч, в высоком слое - до 2 ч. По достижении 60 °С сусло перекачивают на вторую ступень охлаждения в пластинчатые теплообменники. 

Белковый отстой содержит значительное количество сусла, поэтому его фильтруют или  сепарируют, стерилизуют и добавляют  в сусло, которое идет на брожение. 

Для осветления сусла используют также центробежные сепараторы, которые позволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта с отстоем. 

     После  охлаждения до 6-16 °С сусло аэрируют  воздухом непосредственно в трубопроводе  или аппарате предварительного  брожения. Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.

Сбраживание пивного  сусла и дображивание пива 

Основной процесс, в результате которого сусло превращается в пиво — спиртовое брожение. При этом химический состав сусла существенно изменяется и оно превращается во вкусный ароматный напиток. Сбраживание пивного сусла проходит в две стадии: главное брожение и дображивание. На первой стадии происходит интенсивное сбраживание сахаров сусла, в результате которого образуется молодое (мутное) пиво, имеющее своеобразные вкус и аромат, еще непригодное к употреблению. При дображивании оставшиеся сахара медленно сбраживаются, пиво приобретает характерные органолептические свойства, осветляется и насыщается диоксидом углерода, т. е. происходит его созре­вание и пиво превращается в товарный продукт. 

    В  пивоваренном производстве используют  только культурные дрожжи, которые  относятся к семейству Saccharomycetaceae: Saccharomyces carlsbergensis (дрожжи низового  брожения) и  Saccharomyces cerevisiae (дрожжи верхового брожения).   Дрожжи верхового брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива - пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата. Дрожжи низового брожения также отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностью сбраживают раффинозу. Их используют при производстве лёгкого пива. 

    Подготовка  чистой культуры дрожжей к  брожению сводится к накоплению  их биомассы в условиях микробиологической  стерильности в количестве, необходимом  для начала процесса брожения. Кроме чистой культуры широко используют семенные дрожжи, представляющие собой дрожжи, которые осели в конце главного брожения. На практике семенные дрожжи после предварительной подготовки используются до 10 генераций. 

Основной процесс  при главном брожении—биохимическое превращение сбраживаемых углеводов в этиловый спирт и оксид углерода. Наряду с основными продуктами брожения образуются вторичные и побочные продукты, которые в значительной степени определяют органолептические показатели пива. Образование спирта сопровождается выделением в среду теплоты, которую необходимо отвести для поддержания заданных температурных условий. 

На первых этапах брожения происходит энергичное размножение  дрожжей, что обусловлено полноценностью питательной среды. По мере обеднения среды, накопления продуктов брожения, создания избыточного давления скорость размножения дрожжей уменьшается. 

В результате главного брожения сусло превращается в молодое  пиво, которое еще не является товарным продуктом. Поэтому его направляют на дображивание и созревание. При дображивании протекают в основном те же процессы, что и при главном брожении, но более медленно. Выделяющийся в процессе дображивания оксид углерода (IV) растворяется и связывается в пиве, что приводит к насыщению пива оксидом углерода. При созревании пива происходят различные окислительно-восстановительные реакции, в результате которых исчезают характерные для молодого пива привкус дрожжей и хмелевая горечь. При дображивании пиво осветляется. Это обусловлено выпадением в осадок дрожжей, которые адсорбируют на себе белковую муть и другие взвеси. Так же происходят коагуляция и осаждение хмелевых смол, белковых и дубильных веществ. 

Наибольшее влияние  на ход брожения оказывают температура  и количество дрожжей. Различают  холодное (7-9 °С) и теплое (12-14 °С) брожение. Норма введения дрожжей зависит от способа брожения и колеблется от 0,4 до 1 л на 1 гл сусла. Сусло должно быть осахаренным, содержать достаточное количество ассимилируемых дрожжами азотистых веществ; рН сусла не должно превышать 5,8.  

Главное брожение проводят в открытых или закрытых бродильных аппаратах периодическим, полунепрерывным или (реже) непрерывным  способом. При периодическом брожении пивное сусло температурой 5-7 °С направляется в бродильный аппарат. Семенные дрожжи задают в количестве 0,4-0,5 л на 1 гл сусла. Пивное сусло сбраживают в течение 7-11 сут в зависимости от концентрации начального сусла.  

Полунепрерывное брожение проводят только в закрытых бродильных аппаратах, которые комплектуют  в батареи, состоящие из разбраживателя и пяти бродильных аппаратов. Норма задачи дрожжей 0.6- 1 л на 1 гл. Разбраживатель заполняют суслом температурой 6-8 °С, перемешивают в течение 30 мин и сбраживают 24 ч, а далее половину объема перекачивают в первый бродильный аппарат. Затем оба аппарата доливают свежим суслом до полного объема. С интервалом в одни сутки заполняют все бродильные аппараты. Пивное сусло сбраживают при избыточном давлении в течение 5-6 сут. 

Дображивание  пива проводят при температуре 0 - 2 °С в закрытых аппаратах под избыточным давлением 0,03-0,06 МПа. При дображивании контролируют давление в аппарате, органолептические показатели и степень осветления пива. Продолжительность дображивания зависит от сорта пива и колеблется от 21 сут до 90 сут. 

Возможно совместить процессы брожения и дображивания в одном аппарате. Процесс осуществляется в цилиндроконических бродильных аппаратах, которые снабжены двумя-тремя охлаждающими рубашками на цилиндрической части и одной — на нижней конической части. Сусло температурой 7-9 °С подают в аппарат; в ток сусла задают дрожжи в количестве 0,7-1 л на 1 гл. В первые сутки брожения температура повышается до 13-14 °С; при этой температуре сусло бродит б - 7 сут. Затем пиво охлаждают в нижней части аппарата до 1-2°С, в результате чего образу­ется плотный осадок дрожжей, который выводят из аппарата. На восьмые сутки пиво охлаждают до 3-4 °С, на девятые — до 1-2 °С и выдерживают при этой температуре 5-6 сут для завершения процессов дображивания. Совмещение процессов брожения и дображивания позволяет сократить их продолжительность до 14-18 суток.   

Осветление и  разлив пива 

После дображивания и созревания для придания товарного  вида и желаемой прозрачности пиво осветляют с помощью сепарирования  или фильтрования. При этом из пива удаляют находящиеся во взвешенном состоянии дрожжевые клетки, белковые и полифенольные вещества, хмелевые смолы, соли тяжелых металлов и различные микроорганизмы. 

Лучшие результаты получают при фильтровании пива на кизельгуровых фильтрах. Для придания прозрачности, блеска, а также повышения стойкости при хранении пиво дополнительно фильтруют на фильтр-прессах с использованием специальных сортов картона. 

При фильтровании пиво теряет некоторую часть диоксида углерода, поэтому перед разливом его подвергают карбонизации путем продувки через пиво диоксида углерода. После карбонизации пиво выдерживают 6-8 ч в сборниках, а затем направляют на разлив. Пиво разливают в бутылки на автоматических разливных линиях, на которых последовательно осуществляют операции разлива пива, этикетирования, контроля качества, укладки в ящики или контейнеры.  

Пиво  содержат диоксид углерода, поэтому их разливают  под некоторым избыточным давлением  и без перепадов давления —  изобарически. Для этого в таре (бутылке, банке, бочке, автоцистерне) сначала создают давление, равное тому, под которым находится разливаемая жидкость, а затем приступают к наполнению тары напитком. Температура пива при разливе не должна превышать 3 °С.