Способы затирания, происходящие процессы и влияющие факторы

Затирание – планомерный перевод экстрактивных веществ солода в раствор под действием ферментов. Основными процессами при затирании являются:

· Смешивание солода с водой;

· Растворение экстрактивных веществ;

· Осахаривание крахмала.

Смесь дробленого солода с водой называется затором, а раствор, полученный после затирания, освобожденный от нерастворенных веществ называется суслом.

Вещества, растворенные в сусле – это экстрактивные вещества (экстракт).

Цель затирания – перевести в раствор больше экстрактивных веществ солода и получить сусло необходимого химического состава, в зависимости от приготавливаемого сорта пива.

В солоде водорастворимых веществ 10-15%, а главная экстрактивная часть – крахмал в воде нерастворим. Чтобы перевести его в растворимое состояние, его необходимо подвергнуть ферментативному гидролизу. Ферментативные процессы, которые были начаты при солодоращении, продолжаются при затирании, но со значительно большей скоростью, вследствие более благоприятных условий: большое количество воды, оптимальные температуры и pH среды.

Гидролиз крахмала. При полном расщеплении молекулы крахмала, содержащей х глю­козных остатков, по месту разорванных связей присоединяется (х-1) молекул вода и образуется х молекул глюкозы

(С₆Н₁₀О₅)_x + (х-1)Н₂О=хС₆Н₁₂О₆.

Крахмал Вода Глюкоза

Величина х в этой реакции очень большая, поэтому можно принять, что (х—1)=х. Тогда, исключив х, уравнение гидролиза можно записать

C₆H₁₀O₅ + H₂O = C₆H₁₂O₆

162 18 180

Следовательно, теоретический выход глюкозы из крахмала соста­вит 180x100/162=111,1%.

В общем виде гидролиз крахмала можно представить как ступен­чатую реакцию:

(С₆Н₁₀О₅)_x -> (С₆Н₁₀О₅)_y -> (С₆Н₁₀О₅)_z -> С₁₂Н₂₂О₁₁ -> С₆Н₁₂О₆

Крахмал Растворимый Ряд Мальтоза Глюкоза

крахмал декстринов

где x>y>z.

Декстрины — собирательное название промежуточных продуктов гидролиза крахмала с различным числом глюкозных остатков.

Крахмал должен быть без остатка расщеплен до сахаров и декстринов, не окрашиваемых йодом. Гидролиз крахмала осуществляется в три стадии, последовательно переходящих одна в другую. Последовательность неизменна: клейстеризация – разжижение – осахаривание.

Под клейстеризацией понимают набухание и разрыв оболочки зерен крахмала в теплом водном растворе. Освободившиеся молекулы крахмала в этом вязком растворе лучше подвергаются действию амилаз, чем неклейстеризованный крахмал.

Температура клейстеризации зерновых:

· Крахмал солода и ячменя в присутствии амилаз клейстеризуется при 60 ⁰C;

· Рисовый крахмал – 80-85 ⁰C.

Разжижение – снижение вязкости клейстеризованного крахмала - амилазой.

Осахаривание – полное расщепление крахмала амилазами на мальтозу и декстрины. Определение проводят по йодной пробе.

- амилаза разрывает цепочки амилазы и амилопектина главным образом на декстрины с 7-12 глюкозными остатками. От концевых групп, образовавшихся цепочек – амилаза отщепляет двойные группы (мальтозу).

– амилаза отделяет от нередуцированных концов цепочек мальтозу, при этом также образуется глюкоза и мальтотриоза. Она действует оптимально при 60-65 ⁰C и очень чувствительна к более высоким температурам. Уже при 70 ⁰C она быстро инактивируется. Оптимальное значение pH = 5,4-5,5.

- амилаза расщепляет длинные цепочки крахмала до более коротких – декстринов. Она действует оптимально при температуре 72-75 ⁰C и быстро разрушается при 80 ⁰C. Оптимальное значение величины pH = 5,6-5,8.

В результате гидролиза крахмала образуется 70-80 % мальтозы; 20-30 % - это смесь низкомолекулярных декстринов, глюкоза, сахароза и другие сахара. Все это делается, для того, чтобы дрожжи могли сбраживать это сусло.

Расщепление белковых веществ. Все (высокомолекулярные) протеины, за исключением небольшого количества, выпадают в осадок, самое позднее, при кипячении сусла. В пиво попадают только продукты расщепления, которые необходимы для размножения дрожжей и быстрого сбраживания.

Для расщепления белковых веществ важны температуры от 40-50 ⁰C, при которых образуются низкомолекулярные продукты расщепления, особенно пептиды и аминокислоты. При 60-70 ⁰C образуются высокомолекулярные продукты расщепления, которые обеспечивают пеностойкость. В сусле должно содержаться не менее 20 мг/100 мл сусла аминного азота. Если этого количества не удается добиться, то это приводит к:

· Снижению скорости размножения дрожжей;

· Торможению процессов брожения и созревания;

· Накоплению в пиве нежелательных веществ, придающих ему букет молодого пива.

Превращение жиров. При затирании часть содержащихся в солоде липидов расщепляется соответственными ферментами (липидами) на глицерин и жирные кислоты. При этом особого внимания заслуживает окислительное расщепление химически активных ненасыщенных жирных кислот, которые отрицательно влияют на стойкость пива. Препятствовать окислению может только отсутствие кислорода.

Влияние pH. Еще одним важным фактором, влияющим на ход ферментативных процессов, является pH среды, которые должны быть в пределах 5,5-5,8.

Если буферная система солода и химический состав воды не обеспечивают данное значение pH готового сусла 5,1-5,2. Для создания требуемого значения pH применяют подкисление. Оно обеспечивается путем добавления неорганических кислот или добавления закваски молочнокислых бактерий (биологическое подкисление).

Добавление неорганических кислот для подкисления затора производят как можно раньше (в воду), чтобы ферменты немедленно включались в работу.

Способы затирания. Процесс затирания состоит в том, что температуру затора поднимают до оптимальной степени для действия тех или иных ферментов, с последующими паузами. Паузы задаются при следующих оптимальных для ферментов температур:

· 42-50 ⁰C – белковая пауза и пауза для расщепления - глюкана;

· 62-65 ⁰C – мальтозная пауза;

· 70-75 ⁰C – температура для осахаривания;

· 78 ⁰C – температура окончания затирания.

Существует различные способы приготовления затора:

· Инфузионные (настойчивые);

· Декокционные (с одной, двумя, тремя отварками).

При инфузионном способе весь затор, при поддержании пауз, последовательно нагревается до температуры окончания затирания, причем части затора не кипятятся.

При способе с отварками температура повышается благодаря тому, что часть затора (отварку) отделяют и кипятят. При обратной перекачке к остальному затору, его температура повышается на следующую ступень термальной обработки. Применение того или иного способа зависит от качества сырья.

Фильтрование затора

В конце затирания затор состоит из смеси растворенных и нерастворенных в воде веществ. Водный раствор экстрактивных веществ называется суслом, а нерастворимую часть (твердая фаза) называют дробиной.

Для производства пива используют сусло, которое должно быть отделено от дробины как можно тщательнее. Процесс разделения фаз называется фильтрованием затора.

Для фильтрования затора используется фильтрационный чан или фильтр-пресс.

Целью фильтрования является разделение растворимой части затора от нерастворимой.

Фильтрация затора идет в две стадии:

· Сбор первого сусла;

· Выщелачивание дробины, путем вымывания содержащихся в ней экстрактивных веществ (промывные воды).

Фильтрация 1-го сусла происходит через слой дробины, поэтому большое значение уделялось составу помола. Дробина равномерно распределяется на фильтрующей перегородке (сита, салфетки), и через ее слой истекает первое сусло. Когда истечение первого сусла заканчивается, остается дробина, пропитанная экстрактивными веществами.

Наступает вторая стадия – промывка дробины. Для этого в фильтрационный аппарат подается горячая вода, перемешивается и снова фильтруется. Промывная вода добавляется к первому суслу. Все промывные воды и первое сусло собираются в сусловарочном котле.

Промывание воды и первое сусло собираются в сусловарочном котле. Промывание дробины горячей водой ведется до тех пор, пока содержание сухих веществ в промывной воде не снизится до 1-2%, так как длительное промывание дробины и повторное использование последней промывной воды повышает выход экстракта, но ухудшает качество пива.

Фильтрационный чан является наиболее старым и наиболее распространенным фильтрационным оборудованием, используемым при приготовлении пивного сусла.

За последние десятилетия в конструкции и технологии фильтр - чана произошло много изменений. В настоящее время фильтр – чан используют из нержавеющей стали. Чтобы доступ кислорода сделать по возможности минимальным, подача затора осуществляется снизу. Сита изготавливают из нержавеющей стали в виде сварных решеток из профильных элементов с щелевыми отверстиями, шириной 0,7-0,9 мм, живое сечение которых составляет до 12% (10%-в старой конструкции).

Конструкция разрыхлителя и применение насоса для сбора сусла и промывных вод позволяет увеличить оборачиваемость фильтр – чана.

Существует определенная последовательность работы фильтр – чана:

· Вытеснение воздуха (заливка сит);

· Перекачка затора;

· Фильтрационная пауза (расслоение затора);

· Рециркуляция мутного сусла (перекачивание «на себя»);

· Сбор первого сусла;

· Промывка дробины (сбор промывных вод);

· Выгрузка дробины.

Кипячение сусла с хмелем

Во время сбора сусла и промывной воды в сусловарочном котле поддерживается температура 75 ⁰C с той целью, что если во время фильтрования будут вымываться остатки неосахаренного крахмала, есть возможность доосахарить. Температура 75 ⁰C – это критическая температура для работы Когда все промывные воды собраны, весь объем жидкости доводят до кипения, и начинается процесс кипячения сусла с хмелем.

Цель кипячения – стерилизация сусла, выпаривание избыточной влаги, стабилизация сусла, коагуляция белков, перевод горьких веществ хмеля в раствор. Продолжительность кипячения 1,5-2 часа. Конец кипячения определяется по концентрации сухих веществ в сусле, в зависимости от сорта приготавливаемого пива и по коагуляции белков.

При кипячении сусла с хмелем происходит ряд важных процессов:

· Растворение и превращение компонентов хмеля;

· Образование и коагуляция конгломератов белковых и дубильных веществ;

· Выпаривание воды;

· Стерилизация сусла;

· Разрушение всех ферментов;

· Повышение цветности сусла;

· Повышение кислотности сусла;

· Образование редуцирующих веществ.

Хмелевые смолы или горькие вещества хмеля – важнейшие для приготовления пива хмелевые компоненты, так как они придают пиву горький вкус. В кипящем сусле структура - кислот претерпевает перестройку, называемую изомеризацией. Возникшие изомеризованные соединения обладают значительно большей растворимостью, чем исходные - кислоты. В холодном сусле - кислоты почти не растворяются.

При кипячении сусла хмелевое масло обладает летучестью и, в тем более высокой степени, чем дольше ведется кипячение.

Соединения протеинов и дубильных веществ, а также соединения белковых веществ и окисление дубильных веществ при высокой температуре нерастворимы и выпадают в осадок при кипячении сусла в виде взвесей горячего сусла.

Кислотность сусла несколько повышается, так как образующиеся при кипячении меланоидины дают кислую реакцию, и некоторую часть кислотности дает хмель. Образующиеся меланоидины также увеличивают цвет сусла. Кипячение сусла с хмелем происходит в сусловарочных аппаратах.