Хмель должен быть хорошо вычесан, без загрязнений, стеблей и листьев.

Высушенность (+1 - +5 баллов).

При сжатии шишка не должна склеиваться или рассыпаться; стерженек не должен ломаться.

Цвет и блеск (+1 - +15 баллов)

Цвет должен быть желтовато-зеленым, а блеск - шелковисто-блестящим.

Размер шишек (+1 - +15 баллов).

Желательно, чтобы шишки были равномерно крупные, закрытые; у ароматических сортов стрежень должен быть выражено суставчатым и густо покрытым волосками. Плотно закрытые шишки позволяют сделать вывод о достаточном созревании и бережной сушке. Это препятствует выпадению зернышек лупулина.

Лупулин (+1 - +30 баллов).

Содержание лупулина должно быть как можно более высоким (+1 - +15 баллов). Зернышки лупулина должны иметь окраску от лимонно-желтой до золотисто-желтой, быть блестящими и клейкими.

При оценке качества хмеля качество лупулина является для пивовара важнейшими показателем.

Аромат (+1 - +30 баллов).

Аромат должен быть чистым, очень тонким и очень устойчивым. Каждый тип и сорт хмеля обладает собственным ароматом.

Болезни, вредители, семена (0 - -15 баллов).

Сюда относятся повреждения пероноспорой, чернота (тля, лежалость (клещ патинный), красный кончик лепестка (галлица), наличие отмерших шишек, листьев и семян (семянность), а также прорастание листьев и шишек.

Неправильная обработка (0 - -15 баллов).

К признакам неправильной обработки относят коричневый или пережженный лупулин из-за слишком высокой температуры сушки, прорастание семян из-за избыточной влажности, сильное разрыхление шишки, наличие пятен от опрыскивания и посторонние запахи.

Общая оценка хмеля производится в зависимости от общего количества баллов следующим образом:

до 60 баллов - плохой хмель;

от 60 до 66 баллов - средний;

от 67 до 73 баллов - хороший;

от 74 до 79 баллов - очень хороший;

80 баллов и выше - отборный.

Свойства ксантогумола хмеля

Хмель содержит ксантогумол (0,3 до 1,1 % от массы сухого вещества). Между содержанием ксантогумола и б-горьких кислот была обнаружено положительное соотношение.

Ксантогумол относится к группе хмелевых полифенолов ряда халконов. Он занимает центральное место в группе веществ, называемых пренил-флавоноидами. Так как при биосинтезе он секретируется вместе с хмелевыми смолами и эфирными маслами в лупулиновые железы, ксантогумул - нечто переходное между хмелевыми смолами и полифенолами.

С хмелевыми смолами у этого вещества есть и другие общие свойства, например, изомеризация в процессе кипячения сусла с хмелем или экстрагирование органическими растворителями при аналитических тестах. К настоящему времени в хмеле было выделено девять пренил-флавоноидов.

Кроме ксантогумола, составляющего от 80 до 90 % пренил-флаваноидов в хмеле, к менее существенным составляющим относятся десметилксантогумол (от 2 до 3 %), дегидроциклоксантогумол (от 2 до 4 %) и дегидроциклоксантогумол-гидрат (от 3 до 6 %). Остальные пренил-флаваноиды встречаются в хмеле в незначительных количествах.

Содержание ксантогумола в разных сортах хмеля непосредственно после урожая колеблется в пределах 0,2-1,1 % от массы. В процессе старения хмеля флаваноиды утрачиваются. Хансель и Шульд констатировали 50 %-ную утрату ксантогумола в течение шести месяцев хранения, однако продукты его распада ими не изучались.

Содержание пренил-флаваноидов значительно меняется при переработке хмеля на хмелепродукты, прежде всего на хмелевой экстракт. При производстве этанольного экстракта в нем остается минимум 90 % пренил-флаваноидов хмеля. При экстракции углекислым газом он остается в отходах хмеля.

Растворимость ксантогумола в воде -1,3 мл/л при 8 °С, в 5 % этанола - 3,5 мг/л и в пиве при температуре 8 °С - 4 мг/л. При кипячении сусла он изомеризуется на изоксантогумол. Остальные пренил-флаваноиды изомеризуются на пренил-нарингенины и геранил-нарингенины. При производстве пива, однако, происходят значительные потери пренил-флаваноидов. Кроме ограниченной растворимости, существенной причиной потерь является адсорбция на грубых и мелких частицах (18-26 %) и пивоваренных дрожжах (11-32 %). Дальнейшие потери происходят при фильтрации и стабилизации пива, в результате чего общее содержание пренил-флаваноидов, согласно Фостеру, может снизиться всего до 10 %.

Пренил-флаваноиды хмеля в последнее время являются центром внимания медицинских исследований, так как у них были обнаружены значительные антиоксидантные, противовоспалительные, антивирусные и антиканцерогенные свойства. Например, ксантогумол и дегидроциклоксантогумол, как оказалось, активируют действие хинонредуктазы. Этот фермент предохраняет клетки от токсического действия ксенобиотиков тем, что изменяет хиноны на гидрохиноны, которые в организмах млекопитающих легче распадаются.

У изоксантогумола и 8-пренилнарингенина были обнаружены ингибирующие свойства на энзимы цитохрома Р450, активирующие действие разных канцерогенов. Тобе и др. установили, что костная ресорбция в значительной степени подавляется некоторыми веществами хмеля, прежде всего ксантогумолом и гумулоном. Данные соединения одновременно считаются перспективными терапевтическими средствами против остеопороза.

Антиоксидантные свойтсва пренил-флаваноидов проявляются в подавлении окисления липопротеинов «low density», в результате чего снижается риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Цитотоксическое действие ксантогумола, дегидроксантогумола и изо-ксантогумола на раковые клетки разных органов человека было отмечено для концентраций от 0,1 до 100 мкМ. Учитывая это, можно ожидать, что количество хмеля, используемого не для нужд пивоваренной промышленности, в будущем будет расти.

1.5 Ферментные препараты

При использовании большого объема несоложеного сырья (более 20 % либо солода невысокого качества) необходимо использовать ферментные препараты обычно в количестве от 0,001 до 0,075 % к массе перерабатываемого сырья.

Применяют амилолитические (Амилосубтилин П10х, Амилоризин Пх и др.), протеолитические (Протосубтилин Г10х, Протосубтилин Г20х, Проторизин П25х и др.), цитолитические (Цитороземин П10х, Целлоконингин П10х, Пектофоетидин П10х, Целлолигнорин П10х и др.) ферментные препараты, а также их смеси в виде мультиэнзимных композиций.

Амилолитические препараты применяют при затирании при повышенном количестве несоложеного сырья и низком качестве исходного сусла. Они существенно повышают выход экстракта и улучшают качество сусла.

Протеолитические ферментные препараты используют при повышенных количествах несоложеного сырья и для улучшения качества сусла из некачественных солодов, а также для ликвидации коллоидных помутнений в пиве.

Цитолитические препараты повышают выход экстракта за счет гидролиза некрахмальных полисахаридов, в основном гемицеллюлозы. Одновременно повышаются качество сусла и стойкость пива.

Последние состоят из препаратов бактериального и грибного происхождения были созданы на основе разработок Харьковского филиала НПО напитков и минеральных вод, ВНИИбиотехники, Московского государственного университета пищевых производств Московским заводом ферментных препаратов в конце семидесятых годов прошлого века. Применение этих композициий позволило использовать при производстве пивного сусла до 50 % несоложеного сырья, что является одним из резервов интенсификации пивоваренного производства и снижения материалоемкости продукции. Активность этих препаратов превосходит активность ферментов солода по осахаривающей способности в 3-4 раза, по разжижающей - в 8-10 раз, по декстринирующей - в 10-20, по протеолитической - в 15-20 раз.

Опыт использования в пивоваренной промышленности МЭК свидетельствует о том, что создание широкого набора эффективных мультиэнзимных композиций способствует успешной переработке повышенных количеств несоложеного сырья при получении пивного сусла.

Среди наиболее известных производителей ферментных препаратов, представленных на отечественном рынке, также можно назвать компании "Novozymes" (Дания), "Quest International BV" (Голландия), "Gistbrocades" (Англия).

Лабораторная работа № 1

Оценка качества ячменя как сырья для пивоваренного и спиртового производства

Цель работы: изучить методики определения органолептических и физико-химических показателей качества ячменя, используемого в пивоварении и в спиртовом производстве.

Ячмень, поставляемый для пивоварения (ГОСТ 5060-86) и ячмень для переработки на солод в спиртовом производстве (ГОСТ 7510-82) должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 7.

Таблица 7

Органолептические и физико-химические показатели качества ячменя, поставляемого для пивоварения и переработки на солод в спиртовом производстве

Наименование показателя	Норма для класса ячменя, поставляемого для пивоварения	Норма для ячменя для переработки на солод в спиртовом производстве
	первого	второго
Цвет	Светло-желтый или желтый	Светло-желтый, желтый или серовато-желтый	Свойственный нормальному зерну ячменя, допускается потемневший
Запах	Свойственный нормальному зерну ячменя (без затхлого, солодового, плесневого и без посторонних запахов)
Состояние	Здоровый, негреющийся
Влажность, %, не более	15,0	15,5	15,5
Белок, %, не более	12,0	12,0	-
Натура, г/л, не менее	-	-	570
Сорная примесь, %, не более	1,0	2,0	2,0
в том числе:
минеральная примесь -	-	-	0,2
в числе минеральной примеси:
галька	-	-	0,1
шлак, руда	-	-	0,05
куколь	-	-	0,3
вредная примесь -	0,2	0,2	0,2
в числе вредной примеси гелиотроп опушенноплодный и триходесма седая	Не допускаются
Зерновая примесь, %, не более	2,0	5,0	3,0
Мелкие зерна, %, не более	5,0	7,0	5,0
Крупность, %, не менее	85,0	60,0	-
Способность прорастания, %, не менее (для ячменя для пивоварения, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0	90,0	92,0
Жизнеспособность, %, не менее (для ячменя для пивоварения, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0	95,0	-
Зараженность вредителями	Не допускается, кроме зараженности клещом не выше I степени

Примечание к таблице 7. Потемневшим считают ячмень, потерявший под влиянием неблагоприятных условий уборки или хранения свой естественный цвет или имеющий потемневшие концы.

Основное зерно, сорная и зерновая примеси ячменя пивоваренного:

К основному зерну относят зерна ячменя, по характеру повреждений не относящиеся к сорной и зерновой примесям, а также мелкие зерна ячменя.

К сорной примеси относят:

весь проход, полученный при просеивании навески зерна через сито с отверстиями диаметром 1,5 мм;

в остатке на сите с отверстиями диаметром 1,5 мм:

минеральную примесь - гальку, комочки земли, частицы шлака, руды и т.п.;

органическую примесь - части стеблей и стержней колоса, ости, пленки и т.п.;

семена дикорастущих растений;

семена культурных растений, не отнесенные к зерновой примеси;

испорченные зерна ячменя, пшеницы, полбы, ржи и овса: загнившие, заплесневевшие, поджаренные, обуглившиеся - все с испорченным эндоспермом от коричневого до черного цвета, а также со светлым, но рыхлым, легко рассыпающимся эндоспермом;

зерна ячменя пшеницы, полбы, ржи и овса с полностью выеденным эндоспермом;

вредную примесь - спорынью, головню, зерна, пораженные нематодой, плевел опьяняющий, горчак ползучий, софору лисохвостную, термопсис ланцетный (мышатник), вязель разноцветный, гелиотроп опушенноплодный, триходесму седую.

К зерновой примеси относят зерна ячменя:

битые и изъеденные независимо от характера и размера повреждений, давленые, с нарушенной оболочкой и открытым эндоспермом;

недозрелые: сильно недоразвитые - щуплые, а также зеленые деформирующиеся при надавливании шпателем;

проросшие - с вышедшим наружу корешком или ростком;

поврежденные самосогреванием или сушкой, с измененным цветом оболочки и эндоспермом от кремового до светло-коричневого цвета.

К зерновой примеси относят также зерна пшеницы, полбы, ржи и овса целые и поврежденные, не отнесенные по характеру повреждений к сорной примеси.

К мелким относят зерна ячменя, проходящие через сито с продолговатыми отверстиями размером 2,2x20 мм.

Основное зерно, сорная и зерновая примеси ячменя для переработки на солод в спиртовом производстве:

К основному зерну относят целые зерна ячменя, включая зеленые (не отнесенные к зерновой примеси) и голозерный ячмень, а также поврежденные, по характеру повреждений и выполненности не относящиеся к сорной или зерновой примеси.

К сорной примеси относят:

весь проход, полученный при просеивании навески зерна через сито с отверстиями диаметром 1,5 мм;

в остатке на сите с отверстиями диаметром 1,5 мм:

минеральную примесь - гальку, комочки земли, частицы шлака, руды и т.п.;

органическую примесь - части стеблей и стержней колоса, ости, пленки и т.п.;

семена дикорастущих растений;

семена культурных растений, не отнесенные к зерновой примеси;

испорченные зерна ячменя, пшеницы, полбы, ржи и овса: загнившие, заплесневевшие, поджаренные, обуглившиеся - все с испорченным эндоспермом от коричневого до черного цвета, а также со светлым, но рыхлым, легко рассыпающимся эндоспермом;

зерна ячменя пшеницы, полбы, ржи и овса с полностью выеденным эндоспермом;

вредную примесь - спорынью, головню, зерна, пораженные нематодой, плевел опьяняющий, горчак ползучий, софору лисохвостную, термопсис ланцетный (мышатник), вязель разноцветный, гелиотроп опушенноплодный, триходесму седую.

К зерновой примеси относят зерна ячменя:

битые и изъеденные независимо от характера и размера повреждений, давленые, в количестве 50 % их массы (остальные 50 % относят к основному зерну);

давленые; недозрелые: сильно недоразвитые - щуплые, а также зеленые деформирующиеся при надавливании шпателем;

проросшие - с вышедшим наружу корешком или ростком;

поврежденные самосогреванием или сушкой, с измененным цветом оболочки и затронутым эндоспермом от кремового до светло-коричневого цвета.

К зерновой примеси относят также зерна пшеницы, полбы, ржи и овса целые и поврежденные, не отнесенные по характеру повреждений к сорной примеси.

К мелким относят зерна ячменя, проходящие через сито с продолговатыми отверстиями размером 2,2x20 мм, относимые к основному зерну.

Определение содержания мелких зерен и крупности

Из средней пробы зерна, освобожденной от крупной сорной примеси (выделенной из схода сита с отверстиями 6 мм) выделяют навеску массой 50 г. Взвешивание проводят с точностью до первого десятичного знака.

Навеску просеивают на комплекте лабораторных сит для ячменя пивоваренного: поддон, сито для выделения прохода, относимого к сорной примеси (диаметр 1,5 мм); сито для определения мелкого зерна (2,2x20 мм); сито для определения крупности (2,5x20 мм).

Навеску просеивают на комплекте лабораторных сит для ячменя для переработки на солод в спиртовом производстве: поддон, сито для выделения прохода, относимого к сорной примеси (диаметр 1,5 мм); сито для определения мелкого зерна (2,2x20 мм).

Комплект сит помещают на деревянную гладкую и ровную поверхность или стекло и просеивают равномерными возвратно-поступательными движениями (по направлению продольной оси продолговатых отверстий сит) без встряхиваний. При просеивании размах колебаний сит должен быть около 10 см, а продолжительность просеивания должна составлять 3 мин при 110-120 движениях в минуту.

Сходы с сит, установленных для определения крупности, и проход через сито, установленное для определения мелкого зерна, вручную освобождают от сорной и зерновой примесей, и очищенное зерно взвешивают с точностью до второго десятичного знака.

Содержание мелкого зерна или крупности X_м, %, вычисляют по формуле

, (1)

где m_м - масса фракций мелкого зерна или масса зерна в сходе с сита, установленного для определения крупности, г;

m₁ - масса зерна, оставшаяся после выделения из навески сорной и зерновой примесей, г.

Вычисления проводят до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака.

Определение жизнеспособности семян окрашиванием их индигокармином и кислым фуксином.

(ГОСТ 12039-82. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения жизнеспособности)

Метод основан на том, что живая плазма клеток зародыша непроницаема для раствора индигокармина, кислого фуксина и других анилиновых красителей, тогда как мертвая легко их пропускает и окрашивается. Метод применяют для получения быстрой информации о качестве семян, когда семена находятся в состоянии покоя или требуют длительного срока проращивания, и при оценке набухших, но непроросших семян после завершения установленного срока проращивания.

Проведение анализа.

Определение жизнеспособности проводят по двум пробам по 100 семян в каждой, отобранным из семян основной культуры, выделенных по ГОСТ 12037-81.

Семена замачивают в воде в течение 15-18 ч (на ночь) при температуре 20 ^оС, а свежеубранные семена - при температуре 10-15 ^оС в течение такого же времени. Допускается предварительно не замачивать семена, которые легко разрезаются, а также изменять срок замачивания семян.

Затем острым лезвием каждое семя разрезают на две половинки. Поверхность должна быть ровной. Для этого разрез делают скользящим движением лезвия, начиная с зародыша. Каждую подготовленную сотню половинок семян (из двух проб по 100 семян) промывают несколько раз водой, чтобы удалить остатки разрушенных тканей с поверхности среза. Другая сотня половинок семян аннулируется. Промытые половинки заливают 0,1 %-ным раствором индигокармина или кислого фуксина так, чтобы они полностью были покрыты раствором, причем стаканчики осторожно встряхивают, чтобы раствор проник к срезам. Окрашивание семян ячменя в растворе индигокармина или кислого фуксина проводят в течение 10-15 мин.

После окрашивания раствор сливают, половинки семян несколько раз промывают водой до исчезновения краски в промывной воде, раскладывают на фильтровальную бумагу и просматривают.

К жизнеспособным относят половинки семян с неокрашенным зародышем, а также со слабоокрашенным кончиком корешка зародыша и слабо окрашенными пятнами на корешках и семядолях.

К нежизнеспособным относят половинки семян или целые семена с окрашенным зародышем, а также с интенсивно окрашенными большими пятнами на зародыше (корешках и семядолях). Жизнеспособность семян вычисляют в процентах. За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов анализа двух проб.

Определение энергии прорастания и способности прорастания ячменя (ГОСТ 10968 -88).

Под энергией прорастания понимают отношение количества зерен, проросших за 72 ч, к общему количеству анализируемых зерен, выраженное в процентах.

Под способностью прорастания понимают отношение количества зерен, проросших за 120 ч, к общему количеству анализируемых зерен, выраженное в процентах.

Из средней пробы выделяют 50±1 г зерна. Из выделенного зерна отбирают две аналитические пробы по 500 целых зерен, не отнесенных стандартом по характеру повреждений к сорной и зерновой примесям.

На конец стеклянной воронки надевают резиновую трубку с зажимом. В отверстие воронки помещают стеклянный шарик или согнутую под углом стеклянную палочку во избежание проскакивания зерна. Воронку закрепляют в держателе штатива.

Определение проводят в лаборатории при температуре (20±2) °С.

Каждую аналитическую пробу помещают в воронку, закрывают зажим на резиновой трубке и зерно в воронке заливают водой температурой (20±2) °С так, чтобы уровень воды был на 1,5-2,0 см выше поверхности зерна.

При температуре в лаборатории выше 22 °С зерно в воронке во избежание заплесневения заливают 0,03 %-ным раствором хлорной извести. Зерно в воронке перемешивают стеклянной палочкой, чтобы дать возможность осесть всплывшим зернам.

Через 4 ч зажим открывают и сливают из воронки воду или раствор хлорной извести. Зерно, замоченное в хлорной извести, промывают (3-4 раза). После слива воды зерно на 16-18 ч оставляют в воронке с открытым зажимом. При этом во избежание подсыхания зерна воронку накрывают стеклянной крышкой с влажной фильтровальной бумагой на внутренней стороне.

Через 16-18 ч зажим закрывают, зерно в воронке заливают водой на 4 ч. Спустя 4 ч зажим открывают, воду сливают, а воронку с зерном накрывают стеклянной крышкой с влажной фильтровальной бумагой на внутренней стороне и оставляют на 22-24 ч.

Через 48 ч после начала определения зажим закрывают, зерно в воронке заливают водой и осторожно перемешивают стеклянной палочкой. Затем зажим открывают, воду сливают, а зерно оставляют в воронке под стеклянной крышкой с влажной фильтровальной бумагой на внутренней стороне до конца проращивания, т.е. на 24 ч (при определении энергии прорастания) или на 72 ч (при определении способности прорастания). Зерно по мере подсыхания увлажняют, заполняя воронку с зерном водой при открытом зажиме. Одновременно увлажняют и фильтровальную бумагу.

При определении энергии прорастания зерно через 72 ч после начала определения из воронки высыпают на разборную доску и подсчитывают количество непроросших зерен.

К непроросшим относят зерна с невышедшими за пределы покровов зерна ростками и (или) корешками.

При определении энергии прорастания и одновременно способности прорастания подсчитывают зерна, не проросшие за 72 ч, которые снова помещают в воронку, заливают водой при открытом зажиме и оставляют еще на 48 ч под стеклянной крышкой.

Через 120 ч после начала определения подсчитывают количество непроросших зерен для определения способности прорастания.

Энергию прорастания зерна каждой аналитической пробы X, %, вычисляют по формуле

, (2)

где n - количество зерен, не проросших за 72 ч, шт.; 500 - количество зерен в аналитической пробе, шт.

Способность прорастания зерна каждой аналитической пробы Х₁, %, рассчитывают по формуле

, (3)

где n₁ - количество зерен, не проросших за 120 ч, шт.

Энергию прорастания и способность прорастания зерна каждой аналитической пробы вычисляют до первого десятичного знака.

За окончательный результат энергии и способности прорастания принимают среднее арифметическое результатов определений двух аналитических проб.

Окончательный результат энергии и способности прорастания вычисляют до первого десятичного знака с последующим округлением результата до целого числа.

При контрольном определении за окончательный результат определения принимают результат первоначального определения, если расхождение между результатами первоначального и контрольного определений не превышает допускаемую норму, устанавливаемую по результату контрольного определения. Если расхождение превышает допускаемую норму, то за окончательный результат принимают результат контрольного определения.

Контрольные вопросы.

1. Назовите типы пива, дайте им характеристику.

2. В чем заключается сущность балловой оценки качества пива?

3. Как правильно проводить дегустацию пива?

4. Чем интересен химический состав пива?

5. Каковы отличия органолептических и физико-химических показателей светлого и темного солода, карамельного и жженого солода?

6. Какие виды несоложеного сырья применяют в пивоварении?

7. Какие требования предъявляют к качеству воды для приготовления пива?

8. В чем отличия тонких и грубых сортов хмеля?

9. Как производится оценка качества хмеля?

10. Каково назначение применяемых в производстве пива ферментных препаратов?

11. Каковы требования, предъявляемые к качеству ячменя, используемого для получения солода?

12. В чем состоит сущность определения жизнеспособности семян ячменя?

13. Как производится оценка качества хмеля?

14. Как определить энергию прорастания и способность прорастания ячменя?

2. Основные стадии пивоваренного производства

2.1 Технологическая схема производства пива

Последовательность технологических процессов производства пива представлена на рисунках 1 и 2.

Выделяют следующие основные стадии: очистка и дробление зернопродуктов, приготовление пивного сусла (затирание, фильтрование затора, кипячение сусла с хмелем, осветление и охлаждение сусла), сбраживание пивного сусла дрожжами, дображивание и созревание пива, осветление и розлив готового пива.

2.2 Подработка и дробление солода и несоложеного сырья

Основная цель дробления солода и несоложеного сырья - облегчение и ускорение физических и биохимических процессов растворения зерна для обеспечения максимального перехода экстрактивных веществ в сусло.

Подработка зернопродуктов При хранении и транспортировании возможно загрязнение солода и несоложеного сырья. Поэтому перед измельчением их очищают от посторонних примесей (мелких камешков и металлических предметов).

Для удаления пыли и остатков ростков солод пропускают через полировочную машину. Несоложеное сырье от крупных и мелких органических примесей очищают с помощью воздушно-ситового сепаратора, от минеральных примесей с помощью камнеотделительной машине. Для удаления металломагнитных примесей зернопродукты пропускают через магнитный сепаратор с электрическими или постоянными магнитами.

Дробление солода Максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла должен обеспечить оптимальный состав помола зернопродуктов. Солод можно дробить в сухом или частично увлажненном (мокром) виде. Состав помола (%) зависит от качества солода, способов его затирания и фильтрования.

Сухой солод измельчается на вальцовых или молотовых дробилках. В процессе дробления происходит расщепление оболочки зерна и измельчение эндосперма, превращение солода в крупку. При этом приходится учитывать два противоречащих друг другу требования:

1) очень важно максимально сохранить целостность оболочки зерен. При фильтровании она будет играть роль своеобразного фильтрующего слоя. Также нельзя забывать, что шелуха содержит дубильные и минеральные вещества. При измельчении оболочки они могут перейти в сусло, что приведет к ухудшению его органолептиких свойств;

2) чтобы облегчить и ускорить процесс гидролиза крахмала в сахара необходимо максимально измельчить содержимое зерна. Чем хуже растворяются вещества, содержащиеся в используемом солоде, тем мельче его приходится дробить, чтобы извлечь из дробины нормальное количество экстракта.

Выполнить оба требования возможно только в том случае, если разделить дробление солода на несколько технологических этапов. Сначала зерно «выжимается» из своей оболочки. После этого шелуха отделяется, а содержимое зерна может измельчаться.

Зерно неоднородно по своей твердости. Из его центральной части образуется мука и мелкая крупка, а из периферийных частей - более крупная крупка. Если помол будет излишне грубый - выход экстракта снизится. Чем мельче полученные частички эндосперма, тем выше выход экстракта.

Для точной регулировки дробилки измеряют количество оставшегося в отработанной дробине экстракта. При этом более тонкий помол обычно требуется при работе с высоко влажным или неудовлетворительным солодом. Попробовать применить более грубый помол для сокращения времени фильтрации имеет смысл только в том случае, если используется солод хорошего качества.

Иногда применяют увлажнение солода, но большинство существующих пивоварен используют технологию сухого дробления. Она требует применения особых мер предосторожности - сухое дробление может быть опасным. Во время процесса образуется мельчайшая солодовая пыль. Ее общее количество незначительно, но этого хватает, чтобы около вальцов образовалась смесь из пылевой взвеси и воздуха. Этой смеси присуща способность взрываться от мельчайшей искры.

Для того, чтобы смягчить возможные последствия взрыва, на дробилках сухого типа используются защитные экраны в виде рвущихся мембран (одноразовые), взрывогасящих трубок специальной конструкции (многоразовые, смягчают и рассеивают энергию взрыва), а также противовзрывных пластин, которые устанавливаются непосредственно под вальцами (пластины не дают пыли попадать в окружающий воздух и тем самым препятствуют образованию опасной взвеси). По мнению специалистов, противовзрывные пластины играют очень важную роль в обеспечении безопасности производства. Также в дробильном отделении запрещается курить и эксплуатировать открытое электрооборудование.

Дробилки сухого дробления различаются по количеству работающих в них вальцов. Они бывают шести-, пяти-, четырех- и двухвальцовые. Двухвальцовые используются, в основном, на мини-пивзаводах. Четырехвальцовые - на небольших и средних предприятиях. Пятивальцовая дробилка является разновидностью шестивальцовой (один валец исполняет там две функции - предварительного дробления и отделения шелухи). Этот вид оборудовния не является распространенным.

Во всем мире лучше всего себя зарекомендовали и чаще встречаются на средних и крупных предприятиях шестивальцовые дробилки. Вальцы в них расположены попарно. В первой паре работают вальцы предварительного дробления (после них все зерна должны быть раздроблены). Во второй - вальцы для отделения шелухи (крупка, оставшаяся на шелухе должна быть отделена, шелуха при этом остается целой). В третьей - вальцы для получения крупки (они должны быть настроены таким образом, чтобы измельчать эндосперм в крупку, а не в муку).

Качество сусла во многом зависит от качества помола солода.

Для более эффективной работы вальцы рифлятся не параллельно оси вращения, а наискось. Благодаря этому возникает вышелушивающе-режущее воздействие.

На дробилках старого типа первая и вторая пара вальцов были гладкими (раздавливали зерна), третья пара - рифленой.

В современных типах дробилок рифленые вальцы, вращающиеся навстречу друг к другу с разными скоростями, «выдавливают» зерна из шелухи, не нарушая целостность оболочки. Шелуха остается практически нетронутой, а эндосперм успешно измельчается. В итоге получается смесь из необходимой пропорции шелухи и крупки с примесью муки. В оборудовании старого типа вальцы, вращаясь с одинаковой скоростью, раздавливают (раскалывают) зерна солода.

Производительность современных шестивальцовых дробилок может достигать 14 т дробины/ч. На отечественных предприятиях наиболее часто встречаются дробилки, рассчитанные на 2,5 т/ч.

Важным фактором является равномерная загрузка дробилки - при перегрузках помол может стать слишком грубым, так как между вальцами могут проскакивать целые зерна.

При мокром помоле солод предварительно увлажняют в бункере до содержания влаги 18-32 % путем орошения водой температурой 35-50 °С или насыщенным паром. В этом случае повышается эластичность оболочки, которая практически не измельчается на вальцовых станках, что впоследствии приводит к созданию рыхлого и пористого фильтрующего слоя дробины.

Наиболее современные образцы оборудования увлажняют оболочку в щадящем режиме, оставляя середину зерна абсолютно сухой (так ее потом проще раздробить). Система кондиционирования обычно устанавливается в качестве дополнительного узла непосредственно перед дробилкой.

Предшественником системы кондиционирования была дробилка «мокрого» типа. Известно, что сегодня подобные дробилки еще работают на некоторых пивоварнях, но производители оборудования их давно уже не выпускают.

В «мокрой» дробилке зерна солода предварительно замачивались в специальном бункере. Солод был действительно мокрым, и стадия затирания начиналась фактически уже при дроблении. Это значительно увеличивало время контакта дробины с кислородом. Часто при работе на таком оборудовании к дробине сразу же добавлялась молочная кислота (с целью оптимизации pH).

Дробление несоложеных зернопродуктов. Ячмень, пшеницу и рис дробят на двухвальцовом станке с нарезными вальцами, которые вращаются навстречу друг другу с разной скоростью. Для измельчения кукурузы обычно используют молотковые дробилки.

2.3 Затирание

Способы и технологические режимы затирания Приготовление затора начинают со смешивания дробленых зернопродуктов с водой при температуре 37-40 °С, которое осуществляется в заторном аппарате при включенной мешалке. Далее затирание ведут настойным (инфузионным) или отварочным (декокционным) способами. Количество измельченных зернопродуктов называют засыпью, объем применяемой воды - наливом, а полученный продукт - затором. Обычно на затирание 100 кг зернопродуктов расходуют 350-500 дм³ воды.

Целью затирания является экстрагирование растворимых веществ солода и несоложеного сырья и превращение нерастворимых веществ в растворимые с последующим переводом их в раствор под действием ферментов солода и применяемых ферментных препаратов. Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом.

Настойный способ применяется только для хорошо растворенного солода с высокой ферментативной активностью. Его преимущество - снижение энергозатрат и уменьшение продолжительности затирания.

Настойный способ заключается в выдерживании затора в течение 30 мин при 40 ^оС и постепенном нагреве от данной температуры до 70 ^оС со скоростью 1 °С/мин без кипячения. При температуре 52; 63 и 70 ^оС затор выдерживается по 30 мин. Указанные температурные паузы позволяют проявить максимальную активность соответственно для эндопептидазы, в- и б-амилазы солода.

Далее затор нагревают до 72 °С и выдерживают до полного осахаривания по пробе на йод. Затем осахаренный затор подогревают до 76-77 ^оС и направляют на фильтрование. Полученное этим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот, мало декстринов и поэтому хорошо сбраживается.

Выход экстракта при отварочном способе выше. Это обусловлено тем, что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативному, но и физическому воздействию (кипячению).

Различают следующие варианты отварочных способов: с одной, двумя, тремя отварками или кипячением всей густой части. Наиболее распространенные - одно- и двухотварочные способы. При отварочных способах затирание ведут в двух заторных аппаратах, один из которых используют для кипячения отварки.

При одноотварочном способе в заторный аппарат предварительно набирают около 1/2 всего количества подогретой воды, необходимой для затирания, включают мешалку и через предзаторник спускают дробленый солод с водой. Температура смеси должна быть в пределах 50-52 °С. Белковую паузу выдерживают в течение 20-30 мин. После этого в заторный аппарат наливают жидкую часть затора, а густую (отварку) подогревают до 61-63 °С и выдерживают в течение 15-20 мин. Далее температуру медленно повышают до 70-72 °С.

В это время отварка осахаривается в течение 20-30 мин. Затем ее нагревают до кипения и кипятят 20-30 мин.

Несоложеное сырье сначала затирают с 15-20 % солода и частью ферментного препарата. Эта часть затора является отваркой. Ее выдерживают 15-20 мин при 50-55 °С, затем подогревают до 70-72 °С и осахаривают 20-30 мин, после чего доводят до кипения и кипятят 20-30 мин.

Перед началом кипячения отварки готовится основной затор из оставшегося солода и ферментных препаратов. Готовую отварку соединяют с солодовым затором и далее процесс затирания ведут аналогично описаному выше.

После этого отварку медленно возвращают в жидкую часть затора так, чтобы температура объединенного затора была 61-63 °С, и проводят мальтозную паузу в течение 15-20 мин. Далее затор нагревают до 70-72 °С и выдерживают до полного осахаривания по йодной пробе (15-30 мин). После повышения температуры до 75-77 °С затор передают на фильтрование.

Этот способ наиболее рациональный. В некипяченой части затора сохраняются ферменты, которые действуют на всю густую, подвергавшуюся кипячению, часть затора.

Преимущества этого способа: возможность использования благоприятных условий для расщепления белков и крахмала благодаря оптимальным температурным паузам, предварительную клейстеризацию всего крахмала сырья и наиболее эффективное применение ферментов, в результате чего повышается выход экстракта.

Двухотварочный способ позволяет перерабатывать солод различного качества. В заторном аппарате готовят затор, выдерживают белковую паузу 15-30 мин при 40-45 °С. Далее в отварочный котел подают 1/3-1/2 затора (густая часть) - первую отварку. Ее медленно подогревают до 61-63 °С, выдерживают 20-30 мин, затем осахаривают 15-30 мин при 70-72 °С, после чего доводят до кипения и кипятят в течение 20-30 мин.

Первую отварку медленно возвращают в основной затор, чтобы повысить температуру до 61-63 °С, и выдерживают мальтозную паузу в течение 15-20 мин. Затем отбирают вторую отварку в количестве 1/3 густой заторной массы, нагревают ее до 70-72 °С, выдерживают 15-20 мин, затем нагревают до кипения и кипятят 7-10 мин. Готовую отварку медленно перекачивают к основному затору. При этом температура затора поднимается до 70-72 °С и проводится осахаривание крахмала, контролируемое по йодной пробе (обычно 20-30 мин).

При использовании солодов пониженного качества сроки выдержки при температуре осахаривания могут быть увеличены до полного осахаривания затора, но продолжительность выдержки не должна превышать 1 ч.

После полного осахаривания затор подогревают до 75-77 °С и передают на фильтрование.

При всех способах затирания для интенсификации тепло-, мас-сообменных и ферментативных процессов во время подогрева заторной массы в аппаратах работают мешалки с большой частотой вращения, при выдержке при различных температурных паузах - с небольшой частотой вращения для предотвращения перехода в раствор высокомолекулярного в-глюкана. Быстро - со скоростью 3,8 м/с - при большом диаметре мешалки с двумя лопастями и при использовании ранее вальцевой дробилки, и 4,3 м/с - при разваривании рисовой сечки и кукурузной муки; медленно - 50 % от скорости быстрой. При температуре выше 55 °С мешалку на температурных паузах, если это возможно, следует выключать или снижать скорость до минимума.

При перекачке отварки в отварочном котле мешалка вращается медленно, а в заторном - быстро. Перекачка затора на фильтрацию должна осуществляется при медленном вращении мешалки, при этом затор перекачивают со скоростью не более 1,5 м/с.

Процессы, происходящие при затирании На первых стадиях затирания в раствор переходят углеводы, частично белки и продукты их гидролиза, пектиновые, дубильные и горькие вещества, ферменты и минеральные соли, составляющие 10-15 % сухих веществ солода. В несоложеном сырье их в 2-3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов - крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состояние осуществляется в результате направленного действия ферментов.

При затирании крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжижение и осахаривание. Собственно гидролиз крахмала (осахаривание) представляет собой разжижение крахмального клейстера, которое сопровождается накоплением в среде декстринов, мальтозы и глюкозы, в силу чего сусло имеет сладкий вкус.

Гидролиз крахмала схематически можно представить в следующем виде: Крахмал > Амилодекстрины > Эритродекстрины > Ахродекстрины > Мальтодекстрины > Мальтоза > Глюкоза.

Процесс осахаривания контролируется по йодной реакции, так как крахмал и декстрины дают различный цвет с йодом: крахмал и амилодекстрины - синий, эритродекстрины - красно-бурый, ахродекстрины и другие продукты гидролиза цвет йодного раствора не изменяют. В бродильном производстве термин «осахаривание» означает не процесс превращения крахмала в сахара, а исчезновение окраски йодного раствора.

К гидролизу крахмала при затирании предъявляют следующие требования: сусло не должно содержать амило- и эритродекстринов, но кроме мальтозы в сусле должны содержаться ахро- и мальтодекстрины, которые придают пиву полноту вкуса и повышают его вязкость.

При правильно проведенном затирании должно образоваться 20-30 % декстринов и 70-80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

Продукты гидролиза некрахмальных полисахаридов повышают выход экстракта, снижают вязкость раствора, благоприятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчивость.

Цитолитические ферменты гидролизуют гемицеллюлозы и гумми-вещества, входящие в состав клеточных стенок зернового сырья. При этом образуются декстрины, глюкоза, ксилоза и арабиноза.

Гидролиз некрахмальных полисахаридов зависит от действия протеолитических ферментов на белок, с которым эти вещества связаны.

Белки, как и крахмал, начинают гидролизоваться в процессе солодоращения. Их гидролиз происходит под действием эндопептидаз солода. Ферментативное расщепление белков можно представить в виде следующей схемы: Белки > Альбумозы > Пептоны > Полипептиды > Пептиды > Аминокислоты. При затирании в сусло должно переходить около 35 % белков от общего содержания в зернопродуктах.

Рекомендуется следующее соотношение фракций продуктов гидролиза белка (%): А:В:С = 25:15:60. Высокомолекулярные продукты гидролиза белка (фракция А) влияют на стойкость пива. Пептоны и полипептиды (фракция В) обусловливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты (фракция С) необходимы для питания дрожжевых клеток. Недостаточный гидролиз белка приводит к резкому снижению органолептических свойств пива и его стойкости при хранении.

При затирании протекают многочисленные неферментативные процессы: экстракция образующихся растворимых веществ, образование меланоидинов, частичная коагуляция белков и др.

Основными факторами, влияющими на выход экстракта и его состав, являются соотношение фермент: субстрат, продолжительность процесса, температура и рН затора.

С увеличением концентрации затора ферментативные реакции замедляются. Поэтому концентрация затора обычно не превышает 16 %.

Влияние температуры при затирании обусловлено температурным оптимумом и термостабильностью ферментов. Так, при 63 °С образуется большое количество мальтозы и мало декстринов. С повышением же температуры до 70 °С гидролиз крахмала протекает быстрее, но вследствие инактивации в-амилазы накапливаются преимущественно декстрины.

Оптимум рН для действия ферментов зависит от температуры среды. Как правило, с повышением температуры повышается и рН-оптимум. Так, для совместного действия амилаз при температуре затора 65 °С рН-оптимум составляет 5,6.

С увеличением продолжительности затирания в сусле накапливаются низкомолекулярные продукты гидролиза крахмала и белков.

Подкисление затора Это мероприятие особенно необходимо проводить для пивзаводов, работающих на жесткой воде. Подкисление затора имеет большое значение при получении светлых сортов пива, так как сусло после подкисления становится светлее.

Подкисление затора способствует переходу экстрактивных веществ зернового сырья в сусло и улучшает вкусовые свойства пива.

Затирание преследует цель - снизить рН затора до оптимальной величины, равной 5,3-5,5, при которой ферментативные процессы проходят более активно, чем при более высоком рН.

Концентрация водородных ионов влияет на процессы затирания и коагуляцию белков при кипячении. Она способствует осветлению сусла и пива, увеличивает выход экстракта.

Наиболее распространенный и простой способ - подкисление затора молочной кислотой из расчета 0,06-0,09 % к массе затираемого сырья в пересчете на 100 %-ную кислоту.

Отмеренное количество молочной кислоты разбавляют двумя-тремя частями воды. Разбавленную кислоту медленно вливают в заторный котел при работающей мешалке. Периодически определяют рН затора и в зависимости от результатов изменяют дозировку кислоты. Добавление молочной кислоты повышает активность ферментов, увеличивает выход экстракта, уменьшает извлечение горьких и ароматических веществ оболочки, улучшает коагуляцию белков при кипячении, повышает качество пива.

Подкислить затор можно также добавлением сульфата кальция - гипса (гипсование затора). Сульфат кальция взаимодействует с карбонатами и щелочными фосфатами и рН затора сдвигается в кислую сторону. Расход гипса определяют, исходя из содержания гидрокарбонатов в воде, из расчета на 1 г СаО 3,07 г СaSО₄ * 2Н₂О. Рассчитанное количество гипса засыпают в заторный котел в начале затирания. Гипсование затора также повышает выход экстракта и улучшает качество сусла и пива.

2.4 Фильтрование затора

Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина).

Фильтрование затора подразделяется на две стадии: фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание, которое представляет собой вымывание экстракта, задерживаемого дробиной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива.

Современные требования к системе разделения затора заключаются в следующем:

- высокий выход экстракта;

- короткая и воспроизводимая длительность процесса;

- высокое качество фильтрации (сусло без присутствия взвешенных частиц и недоосахаренного крахмала);

- низкая влажность дробины;

- минимальное количество сточных вод;

- минимальное содержание кислорода в сусле.

Один из вариантов уменьшения общего времени фильтрации состоит в том, что, одновременно с обычной фильтрацией через слой дробины, при помощи специальных приспособлений производится отбор верхнего, уже отстоявшегося, слоя сусла. Отобранное сусло обычно пропускается через фильтр-блок. В таких условиях процесс протекает достаточно быстро, а фильтрующий слой уплотняется медленнее и не требует глубинного рыхления. Это снижает количество взвеси, попадающей в сусло.

Используемая система разделения затора, ее физический и моральный износ оказывают решающее влияние величину потерь экстракта в дробине.

Известно, что чем выше экстрактивность сусла, тем меньше выход экстракта, поэтому тенденция к производству сусла и пива с высокой экстрактивностью без применения специальных приемов и оборудования может привести к увеличению расхода сырья на производство единицы продукции. Следует принять в расчет, что снижение величины засыпи не всегда приводит к снижению объема производства пива.

Для сохранения прежних объемов производства можно использовать мальтозную патоку. Другим способом снижения расхода зернового сырья является использование заторных фильтров, которые позволяют получить значения выхода экстракта близкие к 100 %. Важным является тот факт, что при работе на заторных фильтрах требования к качеству перерабатываемого солода могут быть несколько менее жесткими благодаря более мелкому его измельчению. Установка такого оборудования, естественно, требует значительных затрат, однако преимущества использования заторных фильтров следует учитывать при замене фильтр-чанов устаревшей конструкции.

Повышение потерь экстракта при производстве 15-18 % сусла при работе на фильтр-чанах может быть также частично компенсировано:

- повторным использованием промывной воды;

- применением углеводсодержащих сиропов.

Повторное использование промывной воды может способствовать повышению выхода экстракта. При производстве высокоплотного сусла этот эффект выражен еще сильнее. Но, тем не менее, известно, что этот прием оказывает отрицательное влияние на качество сусла и на каждом предприятии устанавливается плотность последней промывной воды.

Некоторые заводы практически не собирают промывные воды (за исключением производства особо плотных сортов чисто солодового пива). Обычно их используют для промывки дробины следующей варки. В том случае, если промывные воды все же используются повторно, они должны храниться между двумя варками сусла горячими в резервуаре, конструкция которого обеспечивает возможность отделения промывных вод от осевшего осадка (путем декантации). Кроме того, резервуар и соединяющие его трубопроводы должны эффективно промываться и дезинфицироваться, в противном случае он становится источником инфекции.

Применение промышленных ферментных препаратов, обладающих в-глюканазной активностью при использовании классических фильтрационных чанов позволяет в некоторой степени повысить выход экстракта в варочном цехе, но в целом выход экстракта при производстве высокоэкстрактивных сортов пива всегда ниже. Положительным моментом является сокращение длительности процесса фильтрования за счет сокращения времени сбора промывных вод.

Выбор экстрактивности выпускаемого сусла на конкретном предприятии обусловлен используемым оборудованием и его техническим состоянием.

Способы и технологические режимы фильтрования Наиболее распространенными являются периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного аппарата или фильтр-пресса. Непрерывные способы фильтрования, центрифугирование, вакуум-фильтрование, автоматизация процесса по разным причинам пока не нашли широкого применения.

Для фильтрации затора используются заторно-фильтрационные и фильтрационные чаны, а также заторные пресс-фильтры.

Фильтрующей основой в фильтр-чане служит сетчатый элемент, дающий опору фильтрующему слою дробины, а в фильтр-прессе - полипропиленовые мембраны (салфетки), с помощью которых идет фильтрация.

Наибольшие проблемы с выходом экстракта или с продолжительностью фильтрования возникают при работе на фильтр-чанах старой конструкции. Часто это бывает связано с превышением нормальной нагрузки на сито. При сухом дроблении на некоторых предприятиях фактическая нагрузка на сито составляет более 190 кг/м², при максимально допустимых значениях 180 (оптимально 160-175) кг/м². Для таких предприятий улучшение экономических показателей при производстве сусла может быть достигнуто снижением величины засыпи.