Процесс пивоварения

Введение 
 
Алкогольные и слабоалкогольные напитки - не предмет первой необходимости, но они существуют уже многие тысячелетия. 
 
Пиво - старинный слабоалкогольный ячменно-солодовый напиток, обладающий приятной горечью, ароматом хмеля, способностью вспениваться при наполнении бокала и долгое время удерживать на поверхности слой компактной пены. Пиво относится к слабоалкогольным напиткам. Слабоалкогольными называют напитки, содержащие не более 7% этилового спирта. 
 
Благодаря приятному вкусу, тонизирующему жаждоутоляющему действию, пиво пользуется большим спросом у населения. Являясь слабоалкогольным напитком, пиво во многих странах выступает соперником крепких алкогольных изделий. В зависимости от сорта пиво содержит 4-10% легкоусвояемых питательных веществ, главным образом углеводов, небольшое количество аминокислот и другие продукты расщепления белка, а также минеральные вещества. Кроме того, в нем содержится 1,5-7% спирта, до 0,4% углекислого газа, горькие и дубильные вещества хмеля, органические кислоты. 
 
Пиво представляет собой игристый, освежающий напиток с характерным хмелевым ароматом и приятным горьковатым вкусом. Вследствие насыщенности углекислым газом и содержания небольшого количества этилового спирта пиво не только утоляет жажду, но и повышает общий тонус организма человека. Являясь хорошим эмульгатором пищи, оно способствует более правильному обмену веществ и повышению усвояемости пищи. К тому же, экстракт пива весьма легко и полно усваивается организмом. В пиве содержится В2-рибофлавин, Н - биотин, В6 - пиридоксин и значительно больше витамина РР - ниацина. Пиво повышает аппетит. Калорийность I л пива находится в пределах 400-800 ккал. Правда, только около половины этой калорийности приходится на углеводы и белки, а половина на спирт. Обладая определенной питательной ценностью и приятным характерным вкусом, пиво как напиток имеет весьма большое распространение.

История пива

Пиво — один из древнейших напитков, возможно уходящий корнями в ранний неолит (примерно 9500 год до н. э., когда началось выращиние зерновых культур). Некоторые археологи считают, что выращивание зерновых началось именно ради пива, а не хлеба. Химические остатки пива, датированные 3500-3100 годами до н. э., были найдены в Иране; пиво упоминается в древнеегипетских и месопотамских источниках. Одно из самых ранних письменных упоминаний о пиве встречается у Ксенофонта (V век до н. э.). Побывав в одной из деревень Древней Армении, он писал:

Там хранились также  пшеница, ячмень, овощи и ячменное вино в кратерах. В уровень с краями сосудов в вине плавал ячмень и в него воткнут был тростник больших и малых размеров, но без коленцев; кто хотел пить, должен был взять тростник в рот и тянуть через него вино. Не смешанное с водой вино было очень крепким, но для людей привычных это был очень приятный напиток.

В древнем Китае варилось пиво из проросшего риса. В Римской империи пиво не пользовалось популярностью, здесь предпочтение отдавалось вину. Однако некоторые римские историки в начале новой эры упоминали, что кельтские, германские и другие племена пили пиво.  Викинги считали, что даже в Вальхалле (согласно скандинавской мифологии, это жилище павших в бою храбрых воинов) кубки мужчин переполняются пиво. Пиво варили из пшеницы, овса, ржи, проса, ячменя и полбы.

В средние века производство пива в Европе переместилось в монастыри. Европейские монахи усовершенствовали технологию пивоварения, начав использовать в качестве консерванта хмель. Первое упоминание об использовании хмеля относится к монастырским хроникам VIII в. В Германии его стали добавлять примерно в XII веке, в Нидерландах — в начале XIV, а в Англию хмель пришёл в начале XV века.

Пиво, как правило, изготавливали  в северных регионах, где климатические  условия не позволяли выращивать виноград. В средние века оно считалось напитком бедняков, имело более низкий статус по сравнению с вином. Виноделы, естественно, противились строительству пивоварен и стремились поддержать престиж своей продукции. Уже в 1782-86 гг.   в Париже потребляли вина в 14 раз больше, чем пива. Многим пивоварам приходилось заниматься ещё и изготовлением сидра, чтобы не остаться в убытке, так как в периоды экономического роста их потребители неизменно переходили на вино.

Французский химик и микробиолог   Луи Пастёр обнаружил, что дрожжи, вызывающие брожение пива, представляют собой живые организмы. Это открытие позволило с большей точностью осуществлять контроль над превращением сахара в спирт. Датский ботаник Эмиль Христиан Хансен внёс очень важный вклад в развитие пивоварения. Всю свою жизнь он исследовал и классифицировал виды дрожжей. Помимо прочего, он работал над выведением чистого штамма дрожжей для пивоварения. И его разработки буквально произвели революцию в пивоваренной промышленности.

Бурное развитие техники  и технологии пивоварения привели  к полной индустриализация отрасли и практически вытеснили из обихода домашнее и кустарное производство. Однако в последние годы наблюдается возврат на рынок мини- и микропивоварен, оснащённых совершенным оборудованием.

Технология  пивоварения 

Классическая технология производства пива включает следующие основные этапы: получение солода из ячменя, приготовление сусла, сбраживание сусла, выдержку (дображивание) пива, обработку и розлив пива. Это длительный сложный процесс, который длится 60—100 дней и во многом зависит от квалификации пивовара. Несмотря на то, что исходным сырьем являются одни и те же компоненты, качество пива, вырабатываемое разными предприятиями, различно.

Производство пива основано на процессе спиртового  брожения с помощью  дрожжей, обмен веществ которых  в значительной, степени определяется и качество пива. В связи с этим исключительное значение имеет выбор нужной расы и ее поддержание. Не менее важны также высокое качество исходного сырья и обеспечение микробиологической чистоты брожения. За последние 80-100 лет удалось на основе научного анализа биологических и биохимических процессов в ходе приготовления пива создать базу для новой технологии, которая ускоряет весь процесс при рациональном использовании имеющегося сырья. Особое значение имели полученные знания в биологическом и биохимическом отношении для стадий брожения и дображивания пива.

Получение солода. В пивоварении солод играет роль источника не только активных ферментов, но и того комплекса органических (прежде всего водорастворимых сахаров) и минеральных веществ, который позволяет с участием этих ферментов получить пивное сусло, пригодное для сбраживания. Чем больше в солоде накопится простых сахаров, необходимых для брожения, тем активнее будет идти сам процесс сбраживания и тем больше накопится спирта.

Ячмень, используемый для  приготовления солода, замачивают в  специальных чанах с водой с температурой 12— 17°С. В зерне, по мере возрастания влажности, активизируются клеточные ферменты и ускоряются катализируемые ими биохимические процессы. Это приводит к резкому повышению интенсивности дыхательных процессов и ускорению гидролиза полисахаридов до простых сахаров, необходимых для этих биохимических процессов. Замачивание приостанавливают при достижении влажности зерна 42— 45% при производстве светлого солода и 45—47% — темного.

Потери сахаров на процессы дыхания в период замачивания  достигают 1,5%, при этом наибольшую активность приобретают амилолитические и  протеолитические процессы.

Для проращивания замоченное зерно направляют в солодовни различных конструкций (ящики или барабанные установки). Процесс солодоращения проводят при температуре 15—19°С и хорошей аэрации зерна в течение 5—8 суток. При этом эндосперм зерна к концу соложения размягчается и легко растирается за счет гидролиза крахмала амилазами, а гемицеллюлоз — цитазой (комплексом ферментов). В проращиваемом зерне накапливаются растворимые сахара — мальтоза, глюкоза, фруктоза и другие сахара, придающие солоду сладковатый вкус. При гидролизе фитина ферментом фитазой образуются инозит и кальций-магниевая соль фосфорной кислоты. Присутствие инозита в сусле стимулирует жизнедеятельность дрожжей, а фосфорная кислота определяет кислотность солода и сусла.

За счет активизации протеолитических процессов (протеиназ, пептидаз и амидаз) сложные комплексы азотистых  соединений гидролизуются с образованием растворимых белков, пептонов, аминокислот, аммиака.

В процессе проращивания зерна, наряду с гидролизом, протекают и  процессы синтеза физиологически активных соединений. Так, в соложеном ячмене накапливаются витамины группы В, токоферолы, аскорбиновая кислота. Особенно возрастает содержание рибофлавина (до 210 мг на 100 г сухого вещества). В дальнейшем при химическом взаимодействии продуктов гидролиза с активными соединениями образуются новые, свойственные проросшему и высушенному зерну, ароматические и вкусовые вещества. Поэтому из сырого (зеленого) солода нельзя получить пиво.

Для придания необходимых  свойств и хорошей сохраняемости  солод сушат при различных  температурных режимах до остаточной влажности 2—3,5%. Различные температурные  режимы и продолжительность сушки  позволяют получить солод с разными показателями качества и соответствующими технологическими свойствами. Именно от качества исходного солода, в свою очередь, будет зависеть тип производимого пива (светлое, полутемное, темное).

Для выработки  отечественных сортов пива получают солод следующих видов: светлый, темный, карамельный и жженый.

Светлый солод получают, высушиванием проросшего ячменя в течение 16 ч при постепенном повышении температуры с 25—30 до 75—80°С. В зависимости от качества светлый солод делят на три класса: высокого качества, первый и второй. В готовом виде он имеет светлую окраску, сладковатый вкус, солодовый аромат, рыхлый мучнистый эндосперм и высокую осахаривающую способность. Используют его для большинства сортов пива.

Для получения темного солода проросшее зерно сушат 24—48 ч при более высокой температуре, достигающей 105°С в конце процесса. Темный солод на классы не подразделяют. Помимо коричнево-желтой окраски темный солод отличается от светлого хрупкостью эндосперма и меньшей осахаривающей способностью. Используют его для темных сортов пива.

Карамельный солод в зависимости от качества делят на два класса: первый и второй. По окраске он может быть от светло желтого до буроватого с глянцевым отливом. Для его производства используют сухой или зеленый солод с повышенным содержанием сахаров, который обжаривают при температуре 120—170°С. Поскольку при такой высокой температуре происходит карамелизация сахаров, а также процессы Майара, то вид зерна на срезе представляет собой спекшуюся коричневую массу. Для этого вида солода не допускается обугливание зерна.

Жженый  солод— это темнокоричневые зерна, без черного цвета. Его готовят из зеленого солода путем предварительного увлажнения и последующего обжаривания при температуре 210—260°С. В результате формируются вкус и запах, напоминающий кофейный, без привкуса горелого и горечи. Вид зерна на разрезе представляет собой темнокоричневую, но не черную массу.

В процессе сушки  и обжарки солода происходят интенсивные химические процессы с образованием специфических ароматических и красящих веществ. Накопившиеся в результате гидролиза пентозы преобразуются в фурфурол и другие альдегиды и ароматические вещества, обусловливающие запах солода (ржаной корочки). Окрашенные компоненты солода — это продукты разрушения сахаров в результате карамелизации и меланоидинообразования, протекающие наиболее интенсивно при температурах выше 80°С. Меланоидины, обладающие поверхностно-активными свойствами, являются хорошими пенообразователями, и поэтому темные сорта пива дают более обильную пену.

Солод после  сушки освобождают от ростков, поскольку  они придают ему гигроскопичность и горький вкус за счет присутствия  алкалоида горденина. Необходимость  проведения этой операции связана еще и с тем, что в ростках накапливаются аминокислоты, которые, попадая в сусло, являются источником образования сивушных масел при сбраживании. Солод приобретает окончательную готовность к использованию только после 3—5-недельной отлежки (дозревания) на складах.

Готовый солод  полируют, освобождая от остатков ростков  и загрязнений, пропускают через  магнитные аппараты, а затем подают на солодовые дробилки. От степени дробления солода зависит в дальнейшем скорость осахаривания крахмала, уровень экстрактивности сусла, продолжительность фильтрования.

Приготовление сусла. Дробленый солод, и при необходимости несоложеные материалы, смешивают с горячей водой в соотношении 1:4. Полученную смесь медленно перемешивают при подогревании до температуры 50—52°С в течение 10—30 мин. 15—20% растворимых веществ солода при этом переходят непосредственно в раствор без ферментативной обработки. Одновременно происходит ферментативный гидролиз водонерастворимых азотистых веществ и фитина. Затем смесь переводят в заторные чаны, где под действием ферментов солода происходят дальнейший гидролиз и превращение водонерастворимых веществ сырья в водорастворимые, формирующие экстракт будущего сусла. Для обеспечения максимального перехода веществ в раствор затор медленно нагревают при постоянном перемешивании до 70—72°С (настойный метод).

При другом (декокционном) способе 1/3 затора перекачивают в кипятильный котел, где кипятят 15—30 мин, после чего объединяют и перемешивают с остальной частью затора. Повторяя эту операцию 2—3 раза, доводят температуру всего затора до требуемого значения. При этом длительность всего процесса приготовления затора составляет 3—3,5 ч. Это затирание солода необходимо для дальнейшего ферментативного гидролиза крахмала. Последовательность превращений крахмала при гидролизе под действием - и -амилаз такова: