Производство пива

 

 

 

 

 

1.2 Основное сырьё для  производства пива

Солод

 

Важнейшим сырьевым компонентом  пива является ячмень. Его использование  обусловлено высоким содержанием  крахмала и тем, что его полова является эффективным дополнением фильтрующего слоя чана для фильтрации затора в последующем производственном процессе варки.

Чтобы подготовить ячмень к процессу пивоварения, сначала необходимо выполнить  его соложение. При этом крахмал  становится "пригодным" для процесса пивоварения. Далее в зерне образуются ферменты, которые позднее, в процессе затирания солода, в качестве "биокатализаторов" осуществляют расщепление крахмала на сахар. При этом высвобождаются фосфаты, а также расщепляется белок. Это важно для сбраживания пива.

В качестве пивоваренного ячменя используется преимущественно двухрядный яровой ячмень, потому что он имеет толстые зернышки с тонкой шелухой. Толстая консистенция зерна обеспечивает сравнительно крупную фракцию муки с незначительным содержанием шелухи. У двухрядного ячменя зернышки расположены на стебле попарно друг над другом [3].

Несоложенное зерно

 

Под несоложенным зерном подразумевается  непророщенное зерно. При этом используются кукуруза, рис, ячмень. Они выступают  в качестве дешевого источника экстракта. При использовании несоложенного зерна часть засыпки (в некоторых случаях до 50 %) заменяется несоложенным зерном и расщепляется благодаря ферментам солода или добавленным ферментным препаратам. Вследствие применения несоложенного зерна эти сорта пива получают в целом несколько другой, но не обязательно худший вкус. Использование несоложенного зерна объясняется в основном причинами экономического характера.

Вода

 

Вода должна обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса. В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус напитков, а также на ферментативные процессы. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO₃, NH₃, CO₂, HNO₃. Содержание NO₃ допускается не более 25, Fe - 0,5 г/л. Присутствие солей железа в больших количествах нежелательно, так как они взаимодействуют с дубильными веществами и ухудшают цвет и вкус напитка. 
Растворенные в воде соли кальция и магния характеризуют ее жесткость. Жесткость воды (мера содержания в ней этих растворенных солей) выражается в миллиграмм - эквивалентах Са и Mg, содержащихся в 1 л воды. Для приготовления светлых сортов пива используют в основном мягкую воду.

Подготовка воды для пивоварения. Перед использованием воду фильтруют и при необходимости хлорируют, избегая при этом получения избытка хлора. Для снижения жесткости применяют несколько способов: кипячение, подкисление, известкование, обработку ионитами. 
Иногда для очистки воды применяют иониты, которые представляют собой синтетические гранулы полимерной смолы размером 0,5-2,0 мм, обладающие способностью поглощать из раствора ионы растворенных веществ и отдавать в раствор эквивалентное количество своих ионов, т. е. происходит эквивалентный обмен ионами. При обработке воды иониты, насыщенные, например, ионами Na⁺, поглощают ионы Са²⁺ и Mg²⁺, отдавая в раствор ионы Na⁺, в результате чего вода умягчается.

Расход воды на пивоваренном заводе колеблется в зависимости от годовых  объемов сбыта между 3,5 и 11 Гл/Гл пива. Среднее значение составляет порядка 6 Гл/Гл проданного пива (VB) [4].

Хмель

 

Хмель - вьющееся многолетнее  растение, двудомное, относящееся к  семейству коноплевых. В пивоваренном производстве от хмеля используют только шишки - женские неоплодотворенные  соцветия. При возделывании хмеля мужские хмелевые растения с плантаций удаляют. 
 Химический состав. Состав хмелевых шишек различен и зависит от сорта хмеля, почвенно-климатических условий произрастания, послеуборочной обработки. Но главными веществами, из-за которых хмель используют в пивоварении, являются горькие и полифенольные вещества, а также эфирное масло. Горькие вещества, содержащиеся в хмеле, до настоящего времени не найдены в других растениях, но некоторые из них получены синтетическим путем. Горькие вещества плохо растворяются в воде, при кипячении сусла они образуют коллоидные растворы, а- и р-Кислоты подавляют действие бактерий, но не влияют на развитие дрожжей а-Кислоты имеют горький вкус, р-кислоты горечи не имеют, не окисляясь, образуют вещества с приятной горечью. 
        При кипячении сусла с хмелем горькие вещества переходят в сусло, а затем и в пиво. Процент перехода горьких веществ в сусло называется процессом охмеления.  
       Полифенольные вещества хмеля лучше растворяются в воде, легче вступают в реакции, чем полифенолы солода. Полифенольные вещества хмеля предохраняют горькие вещества от окисления и образования комплексных соединений, обладают антибиотическими свойствами. В ходе технологического процесса осаждают белки сусла, что способствует лучшему его осветлению.

При окислении и конденсации  полифенолов образуются красно-коричневые соединения, которые вызывают помутнение сусла, так как образуют с белками  нерастворимые комплексы, а с  солями железа - черноватые соединения. Для приготовления пива нужен хмель с содержанием полифенолов не менее 4,5%. Эти вещества содержатся в основном в лепестках шишек хмеля. Раньше считали, что наличие в пиве полифенольных веществ хмеля нежелательно, но потом было установлено, что неблагоприятное воздействие на качество готового пива (появление осадка и грубый вкус) обусловлено дубильными веществами ячменя, а действие полифенолов хмеля благоприятно. При кипячении сусла образуются белково-дубильные комплексы, которые при его охлаждении выпадают в осадок, что способствует лучшему осветлению сусла. Другие вещества, содержащиеся в хмеле. К ним можно отнести азотистые вещества, углеводы, липиды, кислоты, витамины, гормоны, минеральные и красящие вещества. 
       В хмеле содержатся щавелевая, яблочная, янтарная, лимонная, кремниевая серная, фосфорная и борная кислоты. Из витаминов обнаружены тиамин, пиридоксин, биотин, никотиновая кислота, токоферолы; из минеральных веществ - калий, кальций, фосфор, кремний и др.

На заводе используется гранулированный, ароматный и горький  хмель, который хранится при температуре 0 ⁰С в силосах [3].

 

Свойства пива

 

Важнейшими свойствами пива являются его вкус и аромат, прозрачность и цвет, пенистость и стойкость  пены.

Вкус является ощущением раздражения вкусовых рецепторов полости рта растворенными в жидкости химическими веществами. Вкусовые рецепторы - нервные клетки, которые являются периферийными органами мозгового анализатора вкуса. В полости рта насчитывается около 9000 вкусовых рецепторов. Основные вкусовые ощущения - соленое, кислое, сладкое, горькое. Соленое и сладкое воспринимается языком, кислое и горькое - нёбом.

Возбудителями соленого вкуса являются соли. Чисто соленым  вкусом обладает лишь NaCl, а остальные соли имеют горьковатый привкус. Соленый вкус в пиве не проявляется.

Кислый вкус дают растворы кислот. Ощущение кислоты связано с концентрацией водородных ионов. При одинаковом значении рН растворы органических кислот более кислые, чем минеральных. По способности вызывать кислый вкус органические кислоты делятся на сильные (яблочная, щавелевая, муравьиная, винная, молочная) и слабые (уксусная, масляная). Кислый вкус пива зависит от его рН. Повышение ощущения кислого вкуса связано с присутствием в пиве продуктов жизнедеятельности молочнокислых или уксуснокислых бактерий.

Возбудители сладкого вкуса - сахара, многоатомные спирты, α-амино-кислоты, амиды. Сладость пиву придают несброженные сахара и декстрины.

Химическая природа  возбудителей горького вкуса разнообразна: соли, некоторые глюкозиды, алкалоиды. Горечь ощущается при более низких концентрациях, чем у остальных вкусов, и ощущение горечи более продолжительно. Горечь пиву придают горькие вещества хмеля, дубильные компоненты сырья, а также сульфаты магния воды.

Пиво должно обладать хмелевым и  солодовым вкусом. Такой вкус называют чистым. Вкус пива должен быть полным. Полноту вкуса создают декстрины, меланоидины, азотистые вещества с молекулярной массой 10000-100000, горькие вещества хмеля, этиловый спирт, высшие спирты, эфиры. Освежающий вкус пиву придает диоксид углерода.

К основным вкусовым недостаткам пива относится грубая горечь. Она вызывается чрезмерной дозой хмеля, использованием недоброкачественного хмеля, плохим осветлением сусла, неудовлетворительным физиологическим состоянием дрожжей и высокой их концентрацией при дображивании, использованием недорастворенного солода.

        Дрожжевой привкус появляется  в пиве при автолизе дрожжей.  Кислый вкус связан с инфицированием  пива молочнокислыми и уксуснокислыми  бактериями. Аптечный вкус свидетельствует  о некачественном ополаскивании  оборудования после дезинфекции. От соприкосновения пива с металлом появляется металлический привкус. Посторонние привкусы можно удалить обработкой пива активированным углем.

       Аромат пиву придают ароматические вещества: хмелевое эфирное масло, побочные продукты брожения, сернистые соединения. Светлые сорта отличаются хмелевым ароматом, а темные - солодовым. Аромат от побочных продуктов брожения должен быть гармоничным. Такой аромат наблюдается при определенном соотношении в пиве высших спиртов и эфиров: для пива, приготовленного по классической технологии, - (2,5-3,0) : 1, а для пива из ЦКБА - (4-5) : 1. Избыточное содержание эфиров дает фруктовый, парфюмерный, банановый аромат. Пиво с высоким содержанием ацетальдегида имеет аромат зеленых яблок. Чаще всего такой запах присущ недостаточно выдержанному пиву и пиву, инфицированному дикими дрожжами. Сенный запах появляется в пиве при хранении солода в неблагоприятных условиях. В пиве короткого брожения может наблюдаться аромат охмеленного сусла. Причиной появления в готовом напитке карамельного аромата является разложение сахаров при кипячении сусла с хмелем, а также пригорание заторной массы и сусла. Лекарственный запах обусловлен наличием в пиве остатков дезинфицирующих веществ, а также применением на затирание хлорированной воды. Запах молочной сыворотки появляется при инфицировании пива лактобациллами или педикокками, а также при высокой концентрации в пиве диацетила. Запах  вареных овощей - признак высокого содержания в напитке диметилсульфида. Запах мыла и жира появляется при использовании окислившегося белкового отстоя или старого хмеля. Под воздействием света в пиве появляется засвеченный запах. Старому пиву присущ бумажный, картонный, смородиновый, пастеризованный запах [4].

     Перечная  мята - в растениях содержатся эфирное масло (масло мяты перечной) (2,4 — 2,75 % в листьях, в соцветиях 4 — 6 %), дубильные и смолистые вещества, каротин (0,007 — 0,0075 %, в листьях 0,0105 — 0,012), гесперидин, аскорбиновая (0,0095 %), хлорогеновая (0,7 %), кофейная (0,5 — 2 %), урсолоновая (0,3 %) и олеоноловая (0,12 %) кислоты, рутин (0,014 %), бетаин, аргинин, нейтральные сапонины, глюкоза, рамноза, фитостерин. В семенах найдено жирное масло (20 %) [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Биохимические и  физико-химические процессы,

протекающие при сбраживании  пивного сусла

 и дображивании  пива

 

 

 Основными результатами сбраживания пивного сусла являются снижение концентрации сусла, образование основных и побочных продуктов брожения, флокуляция дрожжей, снижение рН и rН₂, повышение температуры. Состав сусла во время брожения изменяется за счет сбраживания сахаров, потребления веществ сусла на построение новых дрожжевых клеток, выделения в среду  продуктов обмена веществ дрожжами.

Сбраживание сахаров. В результате брожения  в пиве накапливаются спирт, диоксид углерода и различные побочные продукты. До 75 % экстракта сусла состоит из сбраживаемых сахаров. Несбраживаемая часть экстракта представлена декстринами, белками и минеральными веществами.

Диффузия  сахара в дрожжевые клетки и спирта из клеток в среду как хорошо растворимых веществ зависит фактически только от градиента концентраций. В интервале концентраций сахаров в пивном сусле осмотическое давление изменяется пропорционально содержанию сахара в среде. Благодаря сорбции сахаров дрожжевой клеткой на ее поверхности поддерживается достаточно высокая концентрация питательных веществ, что обеспечивает хорошие условия для диффузии сахара внутрь клетки. При этом уровень адсорбционного равновесия зависит от температуры среды: чем она выше, тем быстрее достигается равновесное состояние.

Отдельные сахара сусла  сбраживаются в определенной последовательности в зависимости от скорости диффузии в дрожжевую клетку. Быстрее всех сбраживаются фруктоза и глюкоза. Однако  сахароза исчезает из сусла также  в начале брожения за счет того, что она инвертируется до глюкозы и фруктозы под действием фермента β-фруктофуранозидазы, находящейся на поверхности клеточной оболочки  дрожжевой клетки.

После исчезновения  моносахаров дрожжи начинают потреблять мальтозу, предварительно гидролизуя ее ферментом α-глюкозидазой до глюкозы.

Более медленное  сбраживание мальтозы и мальтотриозы дрожжами объясняется следующим. Прежде чем начнется процесс брожения  проходит определенное время.  За это время для сбраживания мальтозы и мальтотриозы дрожжи должны синтезировать не только гидролизующие ферменты, но и  ферментативную систему переноса -  транспорта (пермеазы), которая делает возможным поступление их в клетку. Установлено, что наиболее высокую скорость сбраживания сахаров обеспечивают те расы, у которых максимальная бродильная активность наблюдается на третьи сутки брожения.

Трисахариды, содержащие связь α-1,6,  дрожжами не сбраживаются.

Быстросбраживающие расы по сравнению со среднесбраживающими отличаются большей скоростью усвоения глюкозы и мальтозы в начале процесса. У среднесбраживающих рас период, предшествующий началу потребления мальтозы,  более продолжителен. Для сбраживания пивного сусла, содержащего повышенную концентрацию глюкозы, целесообразно использовать дрожжи 11, 8а (М) - у них подавление активности системы транспорта мальтозы в клетку прекращается при сравнительно высокой концентрации глюкозы — 0,7 - 0,8 %. Если в сусле содержится более 1,5 % глюкозы, то уменьшается скорость размножения дрожжей, ухудшается флокулирующая способность дрожжей в пиве, возрастает концентрация диацетила.