Технологічні особливості одержання пива

 

Виробництво пива – досить складний та тривалий процес, який складається з таких основних технологічних етапів (рис. 4.1):

- приготування пивного сусла;

- зброджування сусла;

- доброджування та дозрівання пива;

- освітлення та розлив пива в пляшки.

1. Приготування пивного сусла.

Подрібнення солоду. Мета подрібнення солоду – створити найбільш сприятливі умови для дії води на фракції помелу і тим самим забезпечити швидке розчинення речовин та перетворення нерозчинних речовин у розчинні, тобто забезпечити максимальне переведення екстракту солоду у розчин – сусло. Чим менші частинки шроту, тим швидше в них проникає вода, забезпечуючи ефективну дію ферментів. Однак, дуже тонке подрібнення солоду сприяє виникненню значних ускладнень при подальших технологічних процесах.

На сьогодні використовують подрібнення солоду у мокрому стані. При цьому оболонки залишаються непошкодженими і тим самим поліпшується фільтрування та підвищується вихід екстракту. Крім того, при замочуванні солоду з оболонок видаляються небажані гіркі й дубильні речовини, кремнієва кислота, завдяки чому поліпшується смак пива.

Зважений на автоматичних вагах солод надходить у бункер, де за допомогою душового пристрою замочується водою, нагрітою до 25-30 ^°С. Вода проходить через весь солод і збирається у конусному днищі бункера: перші порції води випускають, так як можуть містити підвищену кількість небажаних речовин, інші циркулюють і є частиною води, що використовується для затирання. Через 10 хв за допомогою регулюючого подачу валику солод починає надходити до високопродуктивної двовальцової дробарки. При безперервному надходженні води помел, що утворився, ретельно змішується з водою й насосом перекачується до заторного апарата. Температура води і густина заторної маси регулюється автоматично. Апарат не потребує ніякого обслуговування, після закінчення подрібнення всі пристрої усередині апарата інтенсивно миються залишками води і ця вода приєднується до затору.

 

Рис. 4.1. Схема одержання пива.

 

Крім солоду для приготування сусла використовують несолодові матеріали – ячмінь, рис, кукурудзу.

Затирання. Головна мета затирання – переведення у розчин якомога більше екстрактивних речовин зернопродуктів і приготування сусла бажаного складу. При затиранні продовжуються ті ферментативні процеси, які розпочалися в процесі солодорощення.

На заводах у варильному відділенні застосовують технологічне обладнання, яке складається з одного відварного, двох однакових заторноварильних апаратів, фільтрувального та сусловарильного апаратів. Кожний варильний апарат забезпечується заторним і сусловим насосами.

Одновідварний спосіб полягає у тому, що в заторний апарат набирають 50% усієї води, яку витрачають на один затор, нагрівають її до такої температури, щоб після внесення подрібненого солоду температура затору досягала 50-52 °С, вмикають мішалку і спускають в апарат із бункера через трубу подрібнений солод, одночасно подаючи решту води.

Температуру заторної маси після розмішування встановлюють у межах 50-52 °С, що відповідає оптимуму для дії протеолітичних ферментів. При цій температурі затор витримують 30 хв (білкова пауза), потім при вимкненій мішалці спускають у відварний апарат 1/3 густої маси. Цю частину затору називають відваром. У відварному апараті загорну масу при перемішуванні підігрівають до 62-63 °С і витримують при цій температурі 20 хв (мальтозна пауза), далі її підвищують до 70-72 °С і витримують 15 хв для оцукрювання крохмалю. Під час витримування затору при постійній температурі мішалка не працює. Після оцукрювання масу нагрівають до кипіння і кип'ятять 20 хв з увімкненою мішалкою.

При підігріванні й кип'ятінні відбуваються клейстеризація крохмалю, подальше перетворення проміжних продуктів гідролізу крохмалю, коагуляція та осадження частини білків, інактивування ферментів, мікроорганізмів і утворення меланоїдинів. Прокип'ячену частину маси перекачують в основний затор при працюючих мішалках в обох апаратах. У результаті змішування відвару та основного затору температура всієї маси підвищується до 70 °С. При цій температурі затор витримують у “спокої” 30 хв. За потреби його витримують при температурі 72-73 °С до повного оцукрювання, яке визначають за йодною пробою. Потім при перемішуванні затор нагрівають до 76-77 °С і перекачують в апарат для фільтрування.

Щоб зберегти ферменти в основному заторі, відвар перекачують у заторний апарат повільно, спрямовуючи його у центр апарата для кращого перемішування.

Фільтрування – процес розділення неоднорідних систем із твердою дисперсною фазою, що ґрунтується на затриманні твердих часток і пропусканні рідини через пористі перегородки. Мета фільтрування затору – відокремлення сусла від шротини з найменшими втратами екстрактивних речовин. Оскільки після відокремлення сусла шротина ще утримує значну кількість екстрактивних речовин, їх доводиться вимивати водою. Таким чином, процес фільтрування поділяють на дві стадії: спочатку відбувається фільтрування першого сусла, а потім вимивання екстракту, який утримує шротина.

Під час фільтрування затору виникає вихровий рух сусла у зоні завитків. У результаті дрібні частинки шротини, що залетіли у підситовий простір і там приклеїлись до стінок, відриваються з частиною днового тіста й витікають разом із мутним суслом. Це сусло обережно перекачують невеликим відцентровим насосом до фільтрувального апарата так, щоб не порушити фільтрувального шару шротини. Сусло продовжують повертати до апарата доти, поки воно не стане прозорим. Прозоре сусло спрямовують до збірника сусла. Перше сусло витікає досить швидко. Швидкість і рівномірність фільтрування регулюється комп`ютером.

Коли зійде приблизно 70% передбачуваного першого сусла, починають промивати шротину, щоб вилучити з неї екстракт, що залишився. Кількість екстракту залежить від якості помелу, концентрації першого сусла, температури й поглинальної здатності шротини.

Кип’ятіння сусла з хмелем. Відфільтроване сусло, що надходить із фільтраційного апарата, кип’ятять з хмелем у сусловарильному апараті. Метою кип’ятіння сусла з хмелем є стабілізація його складу, упарювання до встановленої концентрації, екстрагування з хмелю ароматичних і гірких речовин, інактивації ферментів, коагуляція білків та стерилізація сусла для забезпечення чистого бродіння й одержання стійкого продукту.

Після внесення сусла у сусловарильний апарат температуру встановлюють у межах 63-75 ⁰С. За цих умов α-амілаза оцукрює крохмаль, який перейшов у сусло після промивання дробини. Після закінчення додавання у сусловарильний апарат промивних вод із фільтраційного апарата та досягнення повного об’єму сусло підігрівають і кип’ятять близько 75-85 хв.

Хміль задають у три порції. Для світлого пива з масовою часткою сухих речовин у початковому суслі до 11 % включно задають 90 % хмелю через 10-15 хв після початку кипіння сусла і 10 % – за 30 хв до закінчення його кип'ятіння.

Охмелене сусло – складна полідисперсна система. В екстракті сусла міститься, % до СР: мальтоза, глюкоза, фруктоза, декстрини – разом 60-70, сахароза – 2-8, пентозани – 3-4, незброджувані декстрини – 15-20, сирий білок – 3-6, мінеральні речовини – 1,5-2,0. У суслі також є хмелеві гіркі кислоти, смоли, дубильні речовини, ефірна хмелева олія. Після кип’ятіння сусло пропускають через хмелевіддільник, а потім направляють на охолодження.

2. Охолодження сусла та бродіння. Охолоджене сусло засівають чистою культурою дріжджів, одержаною в заводській лабораторії. Сусло закачується у бродильний танк. Температура сусла при цьому догає приблизно 10-12 °С. Одночасно за допомогою насоса (інжектора) в потік сусла подають дріжджі.

Технологічні режими основних процесів у бродильному цеху: освітлення гарячого сусла відбувається на вірпулі протягом 20-30 хв. Вірпул – це вертикально-циліндрична ємність без вбудованих елементів, в яку гаряче охмелене сусло закачується тангенціально. Цим досягають в ємності завихрення потоку, яке діє так, що зависи у формі конуса осаджуються в центрі дна ємності. Сусло може відбиратися збоку.

Особливо важливим моментом є перекачування сусла у вірпул. При цьому слід звернути увагу на те, щоб насос для сусла працював не дуже швидко, тоді зависи не будуть руйнуватися. Вхідна швидкість сусла не повинна перевищувати 3,5 м/с. Тривалість паузи у вірпулі становить 20-30 хв. Вірпул є найбільш економічний, порівняно з іншими пристроями.

Оскільки дріжджі здатні зброджувати сусло тільки за низьких температур, сусло охолоджують на пластинчастому теплообміннику до початкової температури бродіння 8 °С. Як охолоджуючий агент використовують холодну воду з температурою 2 °С .

Стадія головного бродіння. Головне бродіння відбувається в циліндро-конічних бродильних апаратах (ЦКБА). Дріжджі подають з апаратів для розведення чистої культури в ЦКБА, де вже знаходиться свіже сусло і починається процес головного бродіння, яке триває 10-14 діб за температури 5-7 ^оС (холодне бродіння).

Існують періодичний, напівбезперервний та безперервний способи головного бродіння.

Періодичний спосіб. Широкого застосування набув спосіб зброджування сусла в спеціальних циліндричних апаратах. Полягає в тому, що в апараті зі швидким управлінням седиментацією і виведенням із нього осаджених дріжджів суміщені головне бродіння й доброджування пива. У ньому також систематизовано перемішується зброджене сусло спочатку потоком стерильного повітря, а потім – диоксиду вуглецю, і збільшується кількість засівних дріжджів до 2 л на 1 л сусла.

Протягом перших 2 діб підтримується температура бродіння від 9 до 14 ^оС, яка зберігається до досягнення необхідного кінцевого ступеня зброджування сусла. Закінчення бродіння визначають за припиненням подальшого зменшення масової частки сухої речовини у пиві протягом 24 год.

Через 10 діб від початку бродіння проводять перше знімання дріжджів із штуцера конічної частини ЦКБА. Перед освітленням пива здійснюють друге знімання дріжджів, потім пиво подають на сепарування і фільтрування, а дріжджі – на миття.

Напівбезперервний спосіб (доливно-переливний). Суть цього способу полягає в тому, що охолоджене сусло надходить у закритий бродильний апарат із мішалкою, в який додають 1 л дріжджів на 1 л середовища. Після появи завитків з’єднують перший апарат із другим і розділяють його вміст навпіл, доливають свіжим суслом, аерують, зброджують і так до кінця батареї. У бродильному відділенні 20 апаратів об’єднані в 4 лінії для 10 % сусла. Кожна лінія має 1 розброджувач і 4 рядові бродильні апарати.

В апараті для зброджування дріжджі підтримують в експоненційній фазі росту за температури 5-11 ^оС та надлишковому тиску 0,004-0,008 МПа. Перед перекачуванням молоде пиво сепарують, дріжджі промивають, частково їх розбавляють свіжими дріжджами.

Безперервний спосіб. Характеризується постійною подачею поживного середовища в ферментер або батарею з кількох ферментерів.

Пивне сусло насосом подають із збірника безперервно у перший ферментер і періодично – у дріжджогенератор. Температура бродіння 8-10 ^оС, рН 5,0-5,5. Зріле пиво з ЦКБА надходить у збірник, потім у два послідовно працюючих фільтри і далі – в збірник. У кожному із ЦКБА почергово відбувається дозрівання та стабілізація пива. Дріжджі безперервно виводять з кожного з них у збірник, промивають чистою водою у реакторі, обробляють антисептиком, витримують, активують пивним суслом та насосом повертають назад у ЦКБА.

Найбільш прийнятним способом одержання світлого пива є періодичний спосіб головного бродіння, так як забезпечує повну стерильність виробництва, на відміну від безперервного, та значно пришвидшує процес головного бродіння та дозрівання пива.

Головне бродіння вважають закінченим коли пиво досягає того ступеня зброджування екстрактивних речовин, який відповідає даному сорту пива. Для того, щоб визначити закінчення головного бродіння один раз на добу відбирають пробу пива і вимірюють його густину. Тривалість головного бродіння становить 5-6 діб.

Лінія відведення СО₂ на вуглекислотну станцію у бродильному відділенні використовується для подачі СО₂ (одержаного під час зброджування пивного сусла в ЦКБА) на вуглекислотну станцію для подальшого використання. Відведений СО₂ очищають і використовують при карбонізації пива. Під карбонізацією розуміють додавання в пиво СО₂ для досягнення необхідної його концентрації в пиві. Згідно розрахункам, на 1 гкл пива необхідно 1,8-2,0 кг СО₂.

3. Доброджування. Після бродіння пиво на смак "сире" і незріле (молоде пиво). Це обумовлено тим, що в процесі основного бродіння утворюється ряд речовин, що негативно впливають на його смак. Насамперед, це відбувається протягом першої стадії бродіння. Деякі з цих речовин леткі і зникають, коли починає виділятися вуглекислий газ. Вирішальними для дозрівання напою є хімічні реакції, що відбуваються за участю дріжджових клітин, які залишилися в пиві.

Стабілізація пива. Гіркота в пиві також стає більш чистою в процесі витримки. Після бродіння і дозрівання температуру знижують до приблизно на 1-2 °С. Потім пиво залишають ще на кілька діб для стабілізації. Після витримки напій набуває бажаних смакових властивостей. Однак, все ще містить дріжджі, які надають пиву мутності.

Щоб біологічна якість продукту не погіршувалася, дріжджі видаляють. Для цього пиво фільтрують, пропускаючи напій через кізельгуровий фільтр. У проміжку між фільтрацією і розливом напій зберігається у форфасах. Втрати пива становлять приблизно 2-5 %.

Окрім клітин дріжджів у молодому пиві також присутні нерозчинні сторонні домішки. Тому метою фільтрування є видалення низькодисперсних речовин, які в результаті реакції з деякими протеїнами можуть спричинити помутніння пива. Для видалення цих часток необхідно використовувати дуже тонкі фільтри. Зазвичай як фільтруючий матеріал використовується кізельгур (діатоміт) – є одним з найдавніших допоміжних фільтруючих засобів. Кізельгур складається з кістяків (панцирів) мікроскопічних діатомітових водоростей, що відклалися на дні озер і морів. При виготовленні фільтруючого матеріалу ці кістяки спочатку розмелюють у порошок. Потім органічні речовини руйнують шляхом нагрівання. Кізельгуровий фільтр комбінований з фільтром тонкого очищення.

Наприкінці лінії фільтрації знаходиться невеликий запобіжний фільтр, призначений для видалення часток кізельгуру у випадку, якщо, наприклад, пошкодиться одна з фільтрувальних серветок або сіток великого фільтру.

4. Розлив пива в пляшки. Здійснюють на автоматизованих лініях розливу, де встановлений пастеризатор. У першій частині пастеризатора відбувається підігрів пива при температурі 30-40 °С і зрошування пляшок водою (температура до 68 °С). Друга частина – зона пастеризації, температура води 56 °С, температура на виході – 30 °С. Закупорені пляшки з пивом проходять бракераж, контроль повного наливу, сторонні включення, якість закупорювання.

Після бракеражу пляшка надходить на автомат наклеювання етикеток, кольореток та контретикеток. Потім встановлений лічильник рахує кількість пляшок. Після чого пляшка укладається в ящики, з яких формуються пакети.

 

Контрольні запитання

 

1. Охарактеризуйте пиво як слабоалкогольний напій. Яким органолептичним показникам повинен відповідати цей продукт?

2. Яку дію на організм людини виявляють основні компоненти пива?

3. Яким показникам якості повинен відповідати готовий продукт?

4. Який вплив виявляють основні речовини пива на його якість ?

5. Яка сировина використовується для виготовлення пива?

6. У чому відмінність між технологічними показниками якості ячменю для приготування світлих та темних сортів пива?

7. Охарактеризуйте показники якості ячменю, придатного для пивоваріння.

8. З якою метою використовують хміль у пивоварінні?

9. Назвіть несолодові матеріали, які можуть використовуватися у пивоварінні.

10.Яка роль дріжджів у пивоварінні?

11.У чому полягає відмінність між дріжджами верхового і низового бродіння?

12.Охарактеризуйте раси пивних дріжджів, що використовують для одержання пива? Яка основна відмінність між ними?

13.У чому особливості технології виробництва дріжджів для одержання світлого пива?

14.За якими ознаками оцінюють придатність дріжджів до виробництва пива на лабораторній стадії розведення чистої культури?

15.Які способи культивування використовують на виробничій стадії розведення чистої культури дріжджів? Який спосіб є кращим?

16.Які технологічні операції проводять з дріжджами після стадії головного бродіння? За яких умов зберігають пивні дріжджі?

17.У чому полягають біотехнологічні особливості пивоваріння?

18. Які стадії приготування пивного сусла?

19. Яка головна мета затирання солоду на стадії приготування пивного сусла?

20.Для чого проводять кип’ятіння сусла з хмелем? Що собою являє охмелене сусло?

21.У чому відмінності технології одержання світлого і темного пива?

22.Охарактеризуйте стадію зброджування сусла.

23.Які існують способи головного бродіння сусла?

24.За якими показниками визначають закінчення головного бродіння?

25.Для чого необхідна стадія доброджування пива?

26.Як відбувається дозрівання та фільтрування пива?