20.3. Принципова технологічна схема та характеристика основних технологічних процесів виробництва пива

Принципова технологічна схема виробництва пива наведена на рис. 20.1.

Із зерносховища зернопродукти подаються у варильне відділення механічним або пневмотранспортом. Зважуються на автоматичних вагах; для видалення пилу і сторонніх домішок солод пропускають через полірувальну машину або повітряно-ситовий сепаратор, для видалення камінчиків, пропускають через камневловлювач, а металеві домішки видаляють на магнітному сепараторі, очищені зернопродукти подають на подрібнення.

Мета подрібнення – прискорити фізико-біохімічні процеси розчинення зернопродуктів при затиранні з метою max переходу екстрактивних речовин до сусла. Ступінь подрібнення зерна відіграє велику роль при затиранні. Розрізняють сухе, кондиційоване і мокре подрібнення.

Сухе подрібнення. При подрібненні зерна стараються менше роздрібнити оболонку зерна, так як дубильні і гіркі речовини, які є в ній, негативно впливають на смак і колір сусла, а потім і пива. Крім того дуже подрібнена оболонка зерна погіршує фільтрування затору. Подрібнеий солод – це суміш часток, які за розміром і по зовнішньому вигляду діляться на 4 фракції: оболонки (лузга) 15…18 %; крупну 18…22 % і мілку крупну 30…35 %; борошно 25…35 %. Сухе подрібнення здійснюють на 4-х і 6-ти валкових дробарках. Помел регулюється щілиною між валками.

Кондиційоване подрібнення. В бункер дробарки загружається солод, в якому протягом 60 с. він зволожується водою з температурою 50…55⁰ С і подається в нижню частину де подрібнюється на валках. Так як оболонка набрала вологи до вологості 15…20 %, то вона майже не подрібнюється.

Мокре подрібнення. Перевагами цього подрібнення є те, що оболонка солоду зволожується в процесі замочування до вологості 20…22 % і не руйнується при подрібненні. Затір отримують легкий і пухкий, а фільтрування протікає швидше, тривалість цього процесу менше. Солод змішується з водою і в заторний апарат уже подають готовий затір. Недолік – підвищені витрати екстракту і потрібно дуже ретельно виконувати вимоги санітарії.

відходи

конденсат

дробина

Сусло і промивні води

конденсат

СО₂

Рисунок 20.1. Принципова технологічна схема виробництва пива

Приготування пивного сусла

Під час розгляду цього питання ми будем застосовувати спеціальні терміни тлумачення яких регламентовано чинним ДСТУ на пиво. Це зокрема:

Затирання – процес змішування подрібненого солоду і несолоджених зерно продуктів з водою певної температури.

Гідромодуль – співвідношення кількості води на одну частину зерно продуктів. Наприклад, на 1 т. береться 4…6 м³ води, то гідромодуль дорівнює 4…6(одна цифра).

Засип – кількість зернопродуктів, що потрібна на приготування одного затору, від 1 т, 1,5 т, 3 т, 9 т і вище.

Налив – кількість води, що потрібна на приготування одного затору.

Затір – суміш зерно продуктів з водою, в якій відбувається процес розчинення, екстрагування і перетворення сухих речовин зерно продуктів.

Готовий затір – такий, в якому всі ці процеси, в основному завершені. Про готовність свідчить закінчення процесу оцукрювання. Про це дізнаються по відсутності забарвлення з йодом.

Приготування затору – змішування зерно продуктів з водою і створення всіх умов для оцукрення крохмалю і екстрагування та перетворення інших речовин.

Оцукрювання затору – перетворення крохмалю до цукрів і інших речовин, які не дають забарвлення з йодом (низькомолекулярні декстрини).

Мета затирання – переведення у розчин якомога більше сухих (екстрактивних) речовин. Щоб перевести їх у розчин необхідно створити сприятливі умови для дії гідролітичних ферментів, в т.ч. амілолітичних і протеолітичних.

Основними засобами регулювання ферментативних процесів при затиранні є температура, pН середовища і інактивація ферментів шляхом кип’ятіння частин затору. При затиранні продовжуються ті ферментативні процеси, що розпочалися ще при пророщуванні ячменю.

При затиранні солоду і інших зернопродуктів відбувається багато різних процесів: фізичних, біохімічних і хімічних. На перших стадіях затирання у розчин переходять речовини, які не потребують участі ферментів: цукри, амінокислоти, пентозани, пектин, мінеральні солі, ферменти, гіркі речовини оболонок зерна (фізичні процеси).

Найважливішу частину процесів затирання складають біохімічні процеси. В основному це гідроліз складових частин ендосперму зернопродуктів під дією гідролітичних ферментів.

Цитолітичні ферменти інтенсифікують процес гідролізу геміцелюлоз, внаслідок чого звільнюються крохмальні зерна і підвищується активність амілолітичних ферментів і гідроліз крохмалю.

Цитолітичні ферменти гідролізують некрохмальні поліцукри (геміцеллюлози, гуміречовини, пектинові речовини) до пентозанів, β-глюкану, арабінози, клилози і глюкози. Оптимальними умовами для дії цих ферментів є температура 40…45⁰ С, pН 5,6.

Протеолітичні ферменти (протеази і пептидази) гідролізують білки. До 15% білкових речовин гідролізуються в процесі солодорощення. Із загальної кількості білків, що є в солоді, під дією пептидаз при затиранні до сусла переходить приблизно 35 %. Інша частина білків, навпаки, при кип’ятінні коагулює. Процес коагуляції відбувається в дві стадії: спочатку білки денатурують, коли їх молекули переходять із ліофільного стану у ліофобний (дегідратований стан), вони знаходяться у вигляді дуже дрібної суспензії, а потім настає збільшення дегідратованих міцел – коагуляція. Частина білкових речовин, яка не гідролізується ні при солодорощенні, ні при затиранні, залишається у дробині.

Температура 50⁰ С в процесі гідролізу найсприятливіша для накопичення низькомолекулярних фракцій білків, температура 60⁰ С сприяє max накопиченню високомолекулярних фракцій, важливих для утворення піни і повноти смаку готового пива. Надмірна кількість цих фракцій може викликати білкове помутніння. Оптимальне pН 5,5 для дії протеолітичних ферментів.

Амілолітичні ферменти гідролізують крохмаль, який вже зазнав дії ферментів при пророщуванні майже на 20 %. Зміна крохмалю при затиранні протікає в три стадії: клейстеризація, розрідження і оцукрення. Щоб прискорити процес гідролізу його необхідно спочатку оклейстеризувати – нагріти з водою. Зерна крохмалю набухають, поглинаючи воду, потім лопаються і утворюють в’язкий гомогенний розчин. Температура, за якої крохмальний клейстер набуває найбільшої в’язкості, називається температурою клейстеризації; для крохмалю різних культур вона різна: ячмінного – 60…80⁰ С, рисового – 80…85⁰ С, кукурудзяного – 65…75⁰ С.

В присутності амілаз температура клейстеризації зменшується приблизно на 20⁰ С. Клейстеризована маса крохмалю являє собою сітку, що утворилася з розгалужених ланцюгів молекул амілопектину, вічка якої заповнені розчином амілози.

Під дією α-амілази при температурі 65-70⁰ С і при pН 6,0 відбувається розрідження крохмального клейстеру. Інактивується цей фермент при температурі 80⁰ С.

Під дією β- і α-амілази відбувається одночасно з процесом розрідження і процес оцукрення крохмалю. Під терміном „оцукрення” розуміють не процес перетворення крохмалю у глюкозу, а припинення зміни забарвлення розчину йоду при його змішуванні з декількома краплями затору. Оптимальними умовами для дії β-амілази є температура 60⁰ С і pН 5,6, при 70⁰ С вона інактивується.

Способи затирання поділяють на дві групи: настійний і відварювальний (одно- двох- трьохвідварювальний).

Настійний спосіб. Зернопродукти змішують з водою температурою 40…45⁰С при працюючій мішалці і при гідромодулі 1:4 (цитазна пауза) протягом 20-30 хв. температуру підіймають до 50…52⁰ С (білкова пауза), піднімають температуру до 63…65⁰ С витримують 10…30 хв. (мальтозна пауза) і піднімають температуру до 70…72⁰ С і витримують затір до оцукрення, але не більше 60 хв. Підігрівають затір до 75⁰ С і перекачують на фільтрування (розділення затору на рідку частину – сусло і густу частину – дробину) на фільтрапаратах або фільтрпресах.

Цей спосіб застосовують при використанні високоякісного солоду, з високою амілолітичною активністю.

Затирання з відварками застосовують при переробці солоду низької якості ті при готуванні затору з використанням несолодженої сировини. За тривідварного способу кип’ятіння зазнає до 75 % всього заторі, за 2-хвідварного до 60 % і одновідварного – до 50 %.

Спосіб затирання з однією відваркою придатний для переробки солоду з високою оцукровальною здатністю й добре розчиненого.

Спосіб затирання з двома відварками проводиться за різними температурними режимами залежно від якості солоду й завжди забезпечує вихід екстракту. Раніше всі світлі сорти пива варили саме цим способом.

Спосіб затирання з трьома відварками найбільш складний, найтриваліший (триває 5,5 год.) і потребує більшої витрати теплоти. Його застосовують при переробці темного солоду або солоду з низькою ферментативною активністю.

Обладнання варильного відділення. Існують 2-х, 3-х, 4-х, 6-ти посудні варильні апарати до складу яких входить заторний апарат, фільтрапарат і сусловарильний апарат.

Одночасно затирають 1-, 3-, 5-, 10- і 20 тон зернопродуктів.

Фільтрування затору – відокремлення сусла від шротини з найменшими втратами екстрактивних речовин. Оскільки після відокремлення сусла, дробина ще утримує значну кількість екстрактивних речовин, їх доводиться вимивати водою, тому процес розділення затору поділяють на дві частини: 1) фільтрування першого сусла; 2) промивання водою (вимивання екстракту, який утримує дробина).

Для успішного фільтрування затору необхідне рівномірне розподілення шротини по всій площі фільтрувальної перегородки. Фільтрування затору базується на принципах молекулярної та конвективної дифузії (рівняння Пуазейля).

Сприятливими умовами для успішного фільтрування сусла є не дуже тонкий помел, добре розчинення солоду, особливо білкових речовин, при затиранні. В разі коли оболонки солоду не дуже подрібнюються й утворюють пухкий шар шротини, в якому затримуються залишки алейронового шару, листочок зародку, клітинних стінок і часточки білків, які скоагулювали під час затирання.

На першій стадії фільтрування на фільтрапараті фільтрується 69…70 % усього сусла протягом 90 хв. Промивання водою триває 120 хв. поки концентрація сухих речовин не зменшиться до 0,5 %.

При застосуванні фільтрпреса перше сусло фільтрується за 30-35 хв. і при цьому отримують 85…90 % від всього сусла. Друга стадія (промивання шротини) триває 75…90 хв. при тиску 0,25…0,28 МПа.

На сучасних фільтрпресах використовують тонкий помел солоду (на молоткових дробарках) і весь процес триває 60-90 хв.

Суттєвими перевагами фільтрпреса є економія часу на фільтрування, більш високий вихід екстракту й можливість переробки недостатньо розчиненого солоду.

Метою кип’ятіння сусла з хмелем є стабілізація його хімічного складу шляхом інактивації ферментів, стерилізація, доведення концентрації сухих речовин до потрібної величини шляхом випаровування надлишкової води, коагуляція білкових речовин, збагачення сусла хмельовими речовинами.

Відфільтроване пивне сусло це висока дисперсна колоїдна система, яка складається з декстринів, пентозанів, білків, поліфенолів, гірких речовин. Тому сусло під час закипання стає мутним внаслідок порушення агрегатної стійкості колоїдної системи у бік збільшення частинок за рахунок їх злипання. Такий процес називається коагуляцією, стосується в основному білкових речовин, і відбувається у дві стадії: спочатку відбувається денатурація білкових речовин, а потім їх коагуляція. Для утворення і видалення в осад бруху сусло потрібно кип’ятити (варити) 1,5-2 год.

Інтенсивність хмельової гіркоти залежить від способу й часу внесення хмелю або хмелепродуктів в сусло.

Найчастіше хміль або хмелепродукти вносять до сусла в 2-3 прийоми. При внесенні хмелю в сусло в 2 прийоми першу більшу частину вносять на початку кип’ятіння, а другу, меншу, потрібно вносити в кінці кип’ятіння. На кожному підприємстві свої способи охмелення сусла, в залежності від сорту пива і хмелепродуктів, які використовуються.

Закінчення процесу кип’ятіння сусла визначають за його концентрацією сухих речовин (ср) відповідно до сорту пива, що виготовляється, а також гарний брух і прозорість сусла.

Роботу варильного відділення оцінюють виходом екстракту, %

, (20.2) де

V – об’єм сусла при 100⁰ С, дм³;

e – концентрація сусла, % мас.;

d – густина сусла; кг/м³

M – маса зернопродуктів, кг;

0,96 – коригувальний коефіцієнт, який враховує зменшення об’єму сусла при охолодженні до 20⁰ С (~ 4%) .