Главная Технология пивоварения

МИЦ "Пиво и напитки ХХI век"

15mikrobiolog.JPG

Читайте нас

 

Пивоваренная промышленность имеет богатые традиции: многие пивовары используют технологии, практически не изменившиеся за последние 100 лет. Новые технологические прорывы в процессе пивоварения встречаются достаточно редко, так как большинство пивоваров опасаются, что изменения могут или ухудшить качество, или сказаться на популярности бренда. В последние годы ситуация начала меняться: путем объединений и слияний сформировались крупные пивоваренные компании, а усилившаяся конкуренция на пивном рынке заставила пивоваров проводить более эффективную ценовую политику, чем раньше. В настоящее время для повышения производительности труда, уменьшения затрат на энергию или для создания новых продуктов стали применять технологические инновации. Наверное, какой-то сегмент рынка всегда останется за мелкими производителями пива. Тем не менее, крупные пивоваренные компании должны более пристально следить за технологическими новинками. Удачное применение технических инноваций в процессе пивоварения в значительной степени определит силу и конкурентоспособность пивоваров в будущем.

 

Традиционный процесс пивоварения

 

Сырье

 

Солод. Процесс пивоварения обычно начинается с обработки крахмалосодержащих зерновых культур, крахмал которых под действием эндогенной ферментативной активности зерна сахаризуется. Обычно источником крахмала служит соложеный ячмень. Пивоваренный ячмень отличается от пищевого: пивовары предпочитают двухрядный озимый ячмень с крупными зернами. Хотя у ячменя есть некоторые технологические преимущества — он легко поддается солодоращению, а ячменная оболочка широко используется в процессе фильтрования в фильтр-чане, — его применение объясняется скорее традициями, чем технической или экономической необходимостью. Во многих случаях то или иное количество солода заменяется добавками, то есть иными источниками крахмала (обычно рисом или кукурузой), а иногда даже сахарными сиропами. Солодоращение ячменя требуется для инициации ферментативной активности зерна и первичного его преобразования (преобразования крахмала амилазой в сбраживаемые сахара, а также расщепления полисахаридов, содержащихся в клеточной стенке, под действием (?-глюканаз и ксиланаз). Процесс солодоращения можно рассматривать как проращивание зерен с последующей тепловой обработкой (сушкой) для прерывания этого процесса проращивания на некоторой ранней стадии. При разных условиях солодоращения и сушки получают разные виды солода, при этом важным параметром является уровень модификации солода, то есть степень расщепления крахмала и ?-глюкана в ходе солодоращения. Еще одним важным параметром служит цвет солода, который зависит прежде всего от температуры сушки. Бледные типы солода, сушка которых осуществляется при относительно низких температурах (не более 80 °С), обычно используют для приготовления лагерного пива (низового брожения). Более темные типы солода (мюнхенский, карамельный и др.) получают сушкой при более высоких температурах и применяют для приготовления особых сортов пива. Такие солода придают пиву характерные вкусо-ароматические свойства и цвет. В некоторых местных сортах пива значительную часть соложеного ячменя заменяют пшеницей, а иногда рожью или овсом. Большое количество несоложеных зерновых культур используют для получения мутного, нефильтрованного пива (так называемого «живого»).

Вода. Готовое пиво на 90% состоит из воды, и не стоит забывать, что качество воды в пивоварении — один из основных параметров, и к ней должны предъявляться такие же высокие требования, как и к питьевой воде. Большое значение имеет содержание в воде минеральных веществ, так как некоторые из них (например, соли магния и цинка) важны для осуществления быстрого и правильного брожения и, более того, могут определять «характер» некоторых особых сортов пива (например, явно выраженный серный — у эля Burton). Если прежде пивовары зависели от качества местной воды, то в настоящее время стало возможным выбирать для производства пива воду нужного качества с необходимым содержанием минеральных веществ.

Хмель. Использование хмеля в пивоварении восходит к средневековью, когда им заменяли некоторые специи. В наши дни пивовары добавляют хмель прежде всего из-за его горечи и ароматических свойств, но он обладает и антисептическими свойствами. Хмель обычно добавляют во время кипячения сусла, в ходе которого ?-кислоты хмеля изомеризуются, что очень важно для получения нужной горечи готового пива. Иногда свежий хмель добавляют во время брожения готового пива для компенсации потерь летучих соединений в ходе кипячения сусла и удержания в пиве аромата хмеля (этот метод называют «сухим охмелением)». Хмель можно добавлять в виде шишек или измельченным, но в последнее время чаще применяют порошковый хмель, спрессованный в гранулы («гранулированный»). У гранулированного хмеля больше насыпная плотность, чем у хмеля в кипах, он проще в хранении и обращении, но порошковый хмель быстрее окисляется, в связи, с чем гранулы хмеля должны быть соответствующим образом упакованы. Ароматические соединения и ?-кислоты хмеля экстрагируют каким-либо растворителем (спиртом с низкомолекулярной массой, кетонами, гексаном) или жидким СО2. В экстракте растворение и изомеризация ос-кислот хмеля происходят быстрее, чем в шишках.

Дрожжи. Дрожжи — это один из важнейших компонентов, определяющих вкус и аромат пива. Пивоваренные дрожжи относятся к роду Saccharomyces и обычно классифицируются как Saccharomyces cerevisiae, но штаммы пивоваренных дрожжей гораздо сложнее, чем типовой штамм этого вида: пивоваренные дрожжи представляют собой обычно поли- или анеуплоидные (многохромосомные) штаммы и редко спорулируют. Пивовары различают верховые дрожжи (прежде их относили к S. cerevisiae) и низовые (относившиеся прежде к S. carlsbergensis и S. uvarum). Верховые дрожжи, используемые для производства эля, бродят при относительно высоких температурах (18-25 °С) и в конце брожения собираются на поверхности сброженного сусла. Низовые дрожжи используют для приготовления лагерного пива методом низового брожения. Температура брожения у них ниже (8-12 °С), и в конце брожения они оседают на дно танка. Низовые дрожжи биохимически отличаются от верховых по утилизации мелибиозы и раффинозы. Относительно недавно были описаны и другие фенотипические различия между ними — в частности, модель смешанного сбраживания углеводов, транспорт углеводов и чувствительность к катионам. Сравнение геномов некоторых штаммов низовых и верховых дрожжей. Если у штаммов дрожжей верхового брожения наблюдается сильная изменчивость, то штаммы дрожжей низового брожения происходят, как правило, от одного-единственного штамма, полученного, скорее всего, гибридизацией S. cerevisiae верхового брожения и S. monacensis низового брожения . Некоторые особые типы пива получают из смесей дрожжевых культур, в которые могут входить дрожжи других родов, — в частности, Brettanomyces (например, в пиве Гёз (Gueuze) или даже молочнокислые бактерии (в пиве Gueuze, Berliner Weisse, в бельгийских кислых элях).

Производство сусла

Затирание. Затирание требуется для продуцирования и экстрагирования из солода сбраживаемых Сахаров. Следовательно, чтобы улучшить растворение экстрагируемых материалов, солод требуется измельчить, причем оболочка солода должна остаться неповрежденной, так как она служит природным фильтром в ходе фильтрования затора. Измельчают солод в шариковой мельнице, где различные фракции обрабатываются по отдельности в зависимости от размеров частиц. Иногда зерна подвергают обработке паром, повышая тем самым содержание влаги в оболочке (влажный помол). При такой обработке оболочка хуже дробится, позволяя лучше измельчить другие фракции зерна. Солодовую муку смешивают с водой и для лучшего расщепления ферментами высокомолекулярных соединений (полисахаридов и белков) нагревают. Самый простой способ — это затирание солода водой постоянной температуры: солод замачивают в течение определенного времени при температуре около 65 °С. Такое затирание происходит в одной емкости, используемой также и для фильтрования (удаления нерастворимых фракций), — его часто применяют в Великобритании при производстве сусла для эля, но такой способ затирания можно использовать только при работе с хорошо модифицированным солодом. Для менее модифицированного солода температура при затирании должна меняться. Ее повышают до оптимальной для тех или иных требуемых для пивовара ферментативных реакций и некоторое время поддерживают постоянной. Для действия протеазы оптимальная температура обычно равна 50 °С (белковая пауза), для максимальной активности ?-амилазы — 62 °С (мальтозная пауза), а оптимальная температура для действия ?-амилазы — 72 °С (осахаривающая пауза). ?-Амилаза — это эндофермент, расщепляющий молекулу крахмала на достаточно крупные фрагменты, тогда как ?-амилаза гидролизует крахмал до мальтозы. Поскольку ?-амилаза действует при более низкой температуре, чем ?-амилаза, при традиционном затирании невозможно достичь полного преобразования крахмала в мальтозу: некоторые более крупные полисахариды (декстрины) остаются в сусле. Чтобы добиться достаточной степени осахаривания, необходимо тщательно выдерживать температурные паузы. Затирание солода с изменением температуры производят, нагревая сусло в котле с месильным органом или при помощи частичного кипячения сусла. В последнем случае часть сусла откачивают в другой котел, нагревают до температуры кипения, а затем возвращают в основной затор. При смешивании этих двух частей сусла температура затора увеличивается. Такое частичное кипячение сусла особо полезно при использовании добавок, так как позволяет обрабатывать несоложеное сырье (температура клейстеризации крахмала которого обычно выше, чем у солода) по отдельности.

Фильтрование. После затирания жидкость (сусло) отделяют от дробины обычно при помощи фильтр-чана или фильтр-пресса. Фильтр-чан представляет собой емкость с плоским перфорированным дном. В начале процесса фильтрования оболочка быстро оседает на дно сосуда и через несколько минут образует дополнительный естественный фильтр. В это время сусло рециркулирует и после образования такого фильтра фильтруется через оболочки зерен. Фильтрованием в фильтр-чане получают сусло отличного качества, то есть чистое сусло с низким содержанием липидов, но такое фильтрование занимает довольно много времени, а последующее удаление дробины представляет определенные трудности. Одной из разновидностей фильтр-чана является майшфильтр — емкость с трубками треугольного сечения вместо перфорированного дна. При одной и той же площади дна область фильтрования здесь больше. Дренаж осуществляется быстрее, сусло получается хорошего качества, но дробина получается слишком влажной. Рамный фильтр состоит из нескольких пустых рам и пластин, разделенных фильтрующей тканью. Сусло закачивают в эти рамы, и, как и в фильтр-чане, на них образуется фильтр из оболочек. Такой способ фильтрования быстрее и легче автоматизируется, чем с использованием фильтр-чана, но в отфильтрованном сусле содержится больше липидов, и оно не такое прозрачное. После основного фильтрования фильтр промывают, чтобы извлечь из дробины как можно больше сбраживаемых Сахаров. Такая промывка фильтра увеличивает выход экстракта при фильтровании, но приводит к разбавлению сусла, что следует компенсировать испарением в ходе его кипячения.

Кипячение сусла. Сусло кипятят, чтобы инактивировать ферменты (амилазы, протеазы, ?-глюканазы) и стерилизовать питательную среду для последующего брожения, однако у кипячения сусла имеются и другие побочные, но не менее важные эффекты. В ходе кипячения в течение 1,5 или 2 ч белки коагулируют под Бездействием температуры, что играет важную роль в физической стабилизации пива: недостаточная коагуляция белков приводит к возможному помутнению готового пива в ходе хранения. Кислоты хмеля образуют изомеры, и под действием реакций Майяра происходит образование новых вкусо-ароматических соединений. Те же реакции Майяра делают цвет сусла более темным (цвет является важным качественным показателем для светлых типов пива), и образование нежелательного цвета может служить поводом для сокращения времени кипячения. В ходе кипячения испаряются некоторые нежелательные летучие соединения — в частности, диметилсульфид (ДМС), образующийся из солода. Кроме того, сусло при испарении концентрируется со скоростью около 8%/ч. Кипячение обычно ведут в открытом танке при атмосферном давлении с подводом тепла через рубашку или встроенный теплообменник.

Брожение и дображивание

Брожение. После кипячения сусла из него извлекают продукты горячего разложения (с помощью вирпула, центрифуги или отстойного резервуара), затем сусло охлаждают, насыщают кислородом и засевают дрожжами. На большинстве пивоваренных заводов используются чистые дрожжевые культуры, но иногда используют дрожжи, собранные после предыдущего брожения. Чтобы избежать контаминации и деградации используемого штамма, пивовары обычно применяют дрожжи лишь несколько раз. В таком случае через определенные промежутки времени новую дрожжевую культуру сначала выращивают, потом размножают в лаборатории, а затем ею заменяют засевные дрожжи. Температура и продолжительность брожения зависят от типа изготавливаемого пива. При варке пива низового брожения (лагерного) брожение ведут около 7 дней (например, для сусла «нормальной плотности», что составляет 12° по шкале Плато, то есть 12 г сахара на 100 г раствора). У элей, температура брожения которых выше, продолжительность брожения обычно меньше. В ходе брожения сахар (в основном мальтоза и меньшее количество глюкозы, сахарозы, фруктозы и мальтотриозы) преобразуется в спирт. На этом этапе образуются также важные вкусо-ароматические соединения — сложные эфиры (этилацетат, изоа-милацетат и т. д.) и высшие спирты (пропанол, бутанол, изоамиловый спирт и т. п.), которые существенно влияют на органолептические свойства готового пива. При приготовлении лагерного пива после основного брожения следует процесс дображивания, длящийся несколько недель. Большинство элей не требует такого длительного дображивания и фильтруется вскоре после ферментации, но некоторые особые сорта пива (преимущественно местные) подвергаются дображиванию (или в бутылках, или в деревянных бочках). В таких случаях требуется соответствующим образом корректировать процессы дображивания и фильтрования. Раньше брожение осуществлялось в открытых емкостях, но в настоящее время на большинстве пивоваренных заводов используют закрытые цилиндроконические танки (ЦКТ), коническая форма дна которых облегчает сбор дрожжей, оседающих в ходе низового брожения хлопьями на дно. Обзор различных моделей бродильных чанов и ЦКТ, включая нетрадиционные конструкции.

Дображивание. После основного брожения хлопьевидные (флокулированные) дрожжи собирают, а пиво охлаждают для последующего дображивания. В ходе дображивания сбраживаются оставшиеся сахара, и пиво насыщается выделяющейся двуокисью углерода (СО2). При этом определяется вкус пива, прежде всего из-за сокращения количества диацетила, придающего продукту маслянистый привкус. Диацетил представляет собой побочный продукт синтеза изолейцина и валина и образуется в ходе декарбоксилирования а?-ацетолактата. Дрожжи восстанавливают диацетил до ароматически нейтральных соединений — ацетоина и бутандиола. При дображивании происходит дальнейшая флокуляция дрожжей, вследствие чего пиво становится еще прозрачнее. Классическое дображивание может занимать несколько недель и далее месяцев. Оно проводится в закрытых невысоких емкостях или, что более распространено в настоящее время, в цилиндроконических танках — таких же, какие применяются для основного брожения. После дображивания пиво для удаления оставшихся дрожжей можно отфильтровать, после чего оно готово к розливу в бутылки и употреблению.

Готовое пиво. Подробно описать здесь все сорта пива невозможно — их существует огромное количество: разного цвета (от почти прозрачного до почти черного), с разным содержанием спирта (от безалкогольного до более чем с 12% об.), с разным вкусом (от нейтрального до горького, кисловатого и даже острого), и информацию о тех или иных сортах и типах пива можно найти в специальной литературе. Мы уже отмечали, что большинство сортов пива имеет явно выраженный местный колорит, а наибольшим спросом в мире пользуется пиво пльзенского типа (Pilsener) — светлое пиво (цветность около 7 единиц по шкале ЕВС) с плотностью 12-13° по шкале Плато и с содержанием спирта около 5% об. с разной степенью горечи в разных странах (от нейтрального вкуса в США до очень горького в ФРГ — от 16 до 30 единиц горечи по ЕВС).

 

Источник: http://mlrpvn.narod.ru/pivovarenie.html