Производство пива

Цвет  пива. Пиво всегда имеет менее интенсивную окраску по сравнению с исходным суслом. Потеря цветности связана прежде всего с более низким рН бродящего сусла, при котором красящие вещества сусла (меланоидины) приобретают более светлый цвет. Одновременно часть красящих веществ адсорбируется на поверхности дрожжей и на пузырьках углекислого газа, которые поднимаются к деке.

Сусло наиболее сильно обесцвечивается  в результате роста кислотности. Меньшее влияние оказывает удаление углекислого газа и самое меньшее — редукция.

Светлое молодое пиво по сравнению с исходным суслом имеет  цвет ниже на 0,20 - 0,30 см³ 0,1 моль/дм³ раствора йода. У темных сортов пива это снижение из-за интенсивного цвета не так заметно.  

Технологические процессы, протекающие при дображивании  пива в  лагерном отделении, должны обеспечить в нем следующие свойства: насыщение диоксидом углерода, прозрачность и определенные вкус и аромат, свойственные зрелому продукту.

Диоксид углерода (СО₂)  в достаточном количестве благотворно  влияет на вкусовые свойства пива, придает ему приятный освежающий вкус, способствует пенообразованию. Предохраняет его от контакта с воздухом, в некоторой степени консервирует, сдерживая развитие посторонней вредной микрофлоры. Пиво, недостаточно насыщенное СО₂, имеет плохой, выдохшийся вкус.

Насыщение пива СО₂ ограничено. Пиво может содержать только такое количество диоксида углерода, которое допускают химический состав и его физические свойства.

На стадии главного брожения в молодом пиве накапливается до 0,2%  СО₂. Во время дображивания содержание его должно быть повышено до такой степени, чтобы в готовом продукте (т.е. после выдержки и фильтрации)  его содержалось не менее 0,3%. Такое дополнительное  насыщение пива диоксидом углерода может быть обеспечено за счет сбраживании  в этот период около одного процента экстрактивных веществ.

Поэтому процесс  ведения главного брожения ведут таким образом, чтобы в молодом пиве  осталось  в несброженном состоянии  около одного процента сбраживаемых сахаров, который вполне обеспечивает получение добавочного количества углекислого газа.

Эта величина несколько велика, но следует учитывать, что для насыщения пива углекислотой в лагерной посуде необходимо создать некоторое давление, которое называется шпунтовым. Оно образуется путем накапливания в сосуде углекислоты. Кроме того, необходимо из пива и в особенности из газового пространства над пивом удалить содержащийся там воздух. В большинстве же случаев в первый период выдержки по технологическим соображениям дображивание ведут с открытым шпунтовым отверстием; поэтому затраты сбраживаемого экстракта значительно превышают то его количество, которое   необходимо   только   для возмещения разницы в содержании углекислоты в молодом и готовом пиве.

Насыщение и связывание углекислого газа — очень сложный процесс, на который влияют целый ряд факторов. В основном различают растворение, насыщение и физико-химическое связывание углекислого газа.

Растворение СО₂ в жидкости подчиняется закону Генри, в соответствии с которым  при постоянной температуре концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа, находящегося с ней в равновесии. Согласно  этому закону, способность жидкости растворять газы тем больше, чем выше давление и ниже температура. Например, при повышении температуры на один градус объем углекислого газа при том же давлении снижается на 0,01%. И наоборот, при повышении давления на 0,01 МПа (0,1 атм)  углекислого газа растворяется на 0,03% больше.

Однако простым  растворением нельзя объяснить связывание углекислого газа в пиве. Искусственные растворы, насыщенные углекислым газом, или минеральные воды при снижении давления или повышении температуры очень быстро выделяют углекислый газ,  и гораздо быстрее, чем пиво. Исключительная способность пива связывать углекислый газ объясняется, с одной стороны, перенасыщением, а с другой — физико-химическим связыванием [6].

Перенасыщение происходит, если в растворах при  определенных условиях содержится газа больше, чем это соответствует физическому закону. Между жидкостью и газом существует нестабильное равновесие, которое можно нарушить резким изменением давления. У пива это явление имеет место при розливе перешпунтованных партий или при розливе излишне карбонизированного пива.

Физико-химическое связывание углекислого газа носит  адсорбционный характер и зависит от химического состава и физических свойств пива. Тонкорассеянные в пиве коллоиды, такие как декстрины, белки, пектиновые вещества и хмелевые смолы являются поверхностно- активными веществами  и поэтому  обладают высокой сорбционной способностью. Эти вещества покрывают адсорбционными пленками выделяющиеся пузырьки углекислого газа и позволяют им слипаться в более крупные агрегаты.

Вязкость  пива тоже положительно влияет на способность  связывать углекислый газ. Чем вязкость пива выше, тем больше сопротивление оказывает жидкость при выделении пузырьков углекислого газа, которое возможно только тогда, когда пузырьки достигнут определенного размера.

Диоксид углерода в виде угольной кислоты может вступать в химические реакции с компонентами пива (химическое связывание). Угольная кислота способна взаимодействовать  с гидроксилсодержащими соединениями и образовывать ди- и моноэфиры угольной кислоты. Эти соединения являются неустойчивыми и при снятии давления разлагаются с выделением пузырьков СО₂.

Процесс осветления пива основан на гравитационном разделении жидкой и твердой фаз. Он протекает непрерывно. В большинстве случаев осаждению предшествуют физико-химические процессы, и часть компонентов пива переходит в нерастворимое состояние, образуя взвеси. Когда частицы взвесей достигают определенного размера, они постепенно оседают и пиво осветляется.

Молодое пиво представляет собой полидисперсную гетерогенную систему с различной степенью дисперсности содержащихся в ней частиц. При перекачке в отделение дображивания пиво непрозрачно, поскольку содержит определенное количество дрожжевых клеток, различных взвешенных частиц. Крупные частицы оседают быстро, скорость оседания мелких очень низка, поэтому необходима длительная выдержка молодого пива. При понижении температуры пива в подвале до 0-2°С количество частиц еще более возрастает, поскольку в таких условиях белковые вещества более активно взаимодействуют с полифенольными соединениями и частично выпадают в осадок. Таким образом, с точки зрения удаления веществ, способствующих возникновению коллоидного помутнения, процесс осветления является благоприятным для качества готового пива.

Осветление  пива происходит только после окончания  процесса дображивания и после выравнивания температуры во всем объеме. Во время дображивания нестабильные коллоидные вещества из-за постоянного движения пузырьков углекислого газа, дрожжей чаще сталкиваются друг с другом, взаимодействуют и коагулируют. Частично они адсорбируются на поверхности дрожжевых клеток и увлекаются ими в осадок, частично — пузырьками СО₂. Оседающие коллоидные соединения, в свою очередь, увлекают грубодисперсные горькие вещества хмеля. Таким образом, интенсивное дображивание, низкая температура благоприятствуют осветлению.

Формирование вкуса  и аромата пива является наиболее важным процессом при дображивании. В этот период грубые привкус и запах молодого пива превращаются в тонкие, приятные, законченные вкус и аромат готового пива. В основе созревания пива лежат преимущественно окислительно-восстановительные превращения веществ пива. Степень окисления компонентов пива обусловлена количеством  содержащегося в нем кислорода, длительностью его воздействия и противодействием редуцирующих веществ, содержащихся в пиве.

В процессе дображивания дрожжи адсорбируют горькие вещества, за исключением изогумулона, поэтому горечь пива смягчается.

Главную часть  продуктов обмена веществ дрожжей, претерпевающих сложные химические превращения в созревающем пиве, составляют альдегиды. Эти вещества наиболее легко подвергаются окислительно-восстановительным реакциям, в результате которых образуются кислоты, спирты, эфиры. Эфирообразование может происходить как за счет реакции этерификации между спиртом и кислотой, так и за счет реакции между альдегидами. Вторая реакция более вероятна, поскольку об этом свидетельствует снижение при дображивании содержания альдегидов. С этиловым спиртом альдегид превращается в диэтилацеталь, а при конденсации — в альдоль. Может происходить также окислительно-восстановительный обмен по реакции Каниццаро, когда две молекулы альдегида образуют спирт и кислоту.

RCH₂OH + R₁COOH —► RCOOCH₂R₁+ Н₂О;                               (1.2)

RCOH + COHR₁ —► RCOOCH₂R₁;                                                 (1.3)

СН₃СОН + СН₃СОН  —► СН₃СНОНСН₂СНО;                             (1.4)

СН₃СНО + 2С₂Н₅ОН —► СН₃СН(ОС₂Н₅)₂ + Н₂О;                        (1.5)

2СН₃СНО + Н₂О —► СН₃СН₂ОН + СН₃СООН.                            (1.6)

Все эти процессы играют существенную роль в формировании аромата  и вкуса пива, что дает основание считать количественное содержание альдегидов в пиве показателем степени его зрелости.

Выделяющийся  при дображивании диоксид углерода уносит из пива летучие вещества и среди них соединения серы, например H₂S, некоторые альдегиды и высшие спирты. Благодаря этому улучшаются вкус и запах пива.

Аромат пива зависит  также от содержания и природы других веществ, образующихся при брожении. В зависимости от продолжительности выдержки пива количество кислот увеличивается на 20 – 25%, эфиров на 25 – 30%.

При дображивании общая восстановительная способность  пива достигает конечной выравненной величины. Она свидетельствует о стойкости пива к изменению окислительно-восстановительного потенциала при окислении.

Восстановительную способность пива определяют отдельные редуцирующие вещества, к которым относятся: редуктоны, меланоидины, соединения с SH-группой, полифенольные, горькие вещества и некоторые другие. С точки зрения окислительно-восстановительных процессов эти вещества разделяются и определяются по скорости окисления их кислородом, присутствующим в пиве, что отражается на качестве напитка. Например, редуктоны и меланоидины реагируют с кислородом быстрее и предохраняют от окисления остальные редуцирующие вещества пива.  Более того, продукты их окисления не являются вредными для вкуса и стабильности пива. Наоборот, окисление соединений с SH-группами, полифенолов и горьких веществ отрицательно влияет на вкус и коллоидную стабильность пива.

Установлено, что азотистые вещества существенно  изменяются при дображивании. Очевидно, вначале это связано с жизнедеятельностью дрожжей, а на последующих стадиях выдержки азотистый состав пива изменяется преимущественно за счет автолиза клеток. При автолизе происходит ферментативное разрушение дрожжевой клетки под действием собственных ферментов, которое включает гидролиз гликопротеинов клеточной оболочки, а также протоплазматических структур и выделение продуктов распада в окружающую среду. На автолиз дрожжей влияют температура, рН. Оптимум рН автолиза дрожжей 4,0 - 4,4. Процесс протекает очень медленно под действием протеолитических ферментов при обеднении среды питательными веществами.

Продуктами  автолиза являются пептиды, аминокислоты, витамины, компоненты нуклеиновой кислоты, эргостерол, жиры, ферменты (пептидаза, протеаза, инвертаза). Многие из них являются поверхностно-активными веществами и положительно влияют на пеностойкость пива.

Общее количество белка  при дображивании снижается на 25 %,  значительно уменьшается содержание почти всех аминокислот, за исключением пролина. Например, содержание аланина  снижается на 75 - 80 %, тирозина — на 90 % и т. д. Изменение состава белка за счет автолиза влияет на качество пива, его органолептические свойства и коллоидную стойкость. Эти вещества придают пиву бархатистую консистенцию и способствуют полноте вкуса.

Таким образом, азотистый  обмен дрожжей имеет большое практическое значение на всех этапах сбраживания. От системы биосинтеза и расщепления аминокислот зависит прежде всего образование веществ, ответственных за аромат пива. Особое значение имеют азотистые соединения, выделяемые из дрожжей [7].

 

1.4 Сведения  об оборудовании в процессах  брожения и дображивания пива

 

Классификация бродильного оборудования.

 

Бродильное оборудование классифицируют по следующим основным признакам.

По  функциональному назначению различают бродильные аппараты(для главного брожения), аппараты дображивания и комбинированные аппараты, в которых осуществляют как главное брожение, так и дображивание.

По степени герметизации различают открытые и зарытые бродильные аппараты. В закрытых аппаратах обеспечиваются стерильность сусла и возможность отбора диоксида углерода для дальнейшего его использования. Аппараты дображивания всегда герметизованны.

По геометрической форме различают аппараты призматической, цилиндрической и цилиндроконической формы.

По  ориентации в пространстве различают горизонтальные и вертикальные аппараты.

По  виду конструкционного материала различают аппараты из дерева, бетона, алюминия, углеродистой и нержавеющей стали.

По виду систем теплообмена различают аппараты с внутренним, наружным и выносным охлаждающим устройством. Внутри аппаратов используют обычно змеевики, расположенные в их верхней части. Снаружи использую рубашки. В качестве выносных охладителей используют типовые пластинчатые теплообменники.

По способу теплообмена различают прямое охлаждение хладагентом и косвенное охлаждение промежуточной охлаждающей средой.

По наличию теплоизоляции различают изолированные и неизолированные аппараты.

По виду опор различают аппараты, опирающиеся на 3-4 металлические  ножки, на 2 железобетонные опоры или  на кольцо железобетонного перекрытия.