Переработка 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 солод и несоложеное сырье загрязняются. Поэтому перед измельчением их очищают от посторонних включений. Для удаления пыли и остатков ростков солод пропускают через полировочную машину. Несоложеное сырье от органической и минеральной примесей очищают на воздушно-ситовом сепараторе и полировочной машине. Для удаления металлопримесей зернопродукты пропускают через электромагнитный сепаратор.

Дробление солода. Оптимальный состав помола должен обеспечить максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла, так как оболочка зерна служит хорошим фильтрующим материалом. Солод дробится в сухом или частично увлажненном (мокром) виде. Для измельче­ния сухого солода применяют четырех- и шестивальцовые дро­билки, работающие с одинаковой частотой вращения вальцов. Состав помола (%) зависит от качества солода, способов его затирания и фильтрования. При мокром помоле солод предварительно увлажняют в бункере до содержания влаги 18-32 % путем орошения водой температурой 35...50°С. При этом повышается эластичность оболочки, которая практически не измельчается на вальцовых станках, что приводит к созданию рыхлого и пористого фильтрующего слоя дробины.

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 используют молотковые дробилки.

ПОЛУЧЕНИЕ ПИВНОГО СУСЛА

Затирание Цель затирания — экстрагирование растворимых веществ солода и несоложеного сырья и превращение под действием ферментов нерастворимых веществ в растворимые с последующим переводом их в раствор. Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом.

Затирание включает три стадии: смешивание измельченных зернопродуктов с водой, нагревание и выдерживание полученной смеси при заданном температурном режиме. При этом количество единовременно обрабатываемых измельченных зернопродуктов называют засыпью, объем применяемой воды — наливом, а полученный продукт — затором.

Превращения при затирании. На первых стадиях заирания 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 примерно в 2...3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состояние осуществляется в результате направленного действия соответствующих ферментов.

Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При затирании крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжижение и осахаривание. Собственно гидролиз крахмала (осахариваниее) представляет собой разжижение крахмального клейстера, которое сопровождается накоплением в среде декстринов, мальтозы и глюкозы.

Схематически гидролиз крахмала можно представить в виде  схемы: 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. Поэтому термин «осахаривание» в бродильном производстве 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, дающих окраску с йодом, но кроме мальтозы в сусле должны содержаться ахро- и мальтодекстрины, придающие пиву полноту вкуса и повышающие его вязкость. При правильно проведенном затирании из крахмала должно образоваться 20...30 % декстринов и 70...80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

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

Как и крахмал, белки начинают гидролизоваться в процессе солодоращения. Их гидролиз происходит в основном под действием эндопептидаз солода. Ферментативное расщепление белков можно представить в следующем виде: Белки -> Альбумозы -> Пептоны -> Полипептиды -> Пептиды -> Аминокислоты. Около 35 % белков (от общего содержания в сырье) должно переходить при затирании в сусло. Рекомендуется следующее соотношение фракций продуктов гидролиза белка (%): А:В:С = 25:15:60. Пептоны и полипептиды (фракция В) обусловливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты (фракция С) необходимы для питания дрожжей. Высокомолекулярные продукты гидролиза белка (фракция А) влияют на стойкость пива. Поэтому недостаточный гидролиз белка приводит к резкому снижению органолептических свойств пива и его стойкости при хранении.

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

Факторы, влияющие на затирание. Основные факторы, влияющие на выход экстракта и его состав, — это соотношение фермент: субстрат, продолжительность процесса, температура и рН затора.

Обычно на затирание 100 кг зернопродуктов расходуют 350...500 л воды.

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 5,6.

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 или отварочным способом.

Настойный способ заключается в постепенном нагреве всего штора от 40 до 70 °С со скоростью 1°С/мин и выдерживании при температуре 40; 52; 63 и 70 °С по 30 мин. Далее затор нагревают до 72 °С и выдерживают до полного осахаривания по пробе на йод. Затем осахаренный затор подогревают до 76...77°С и направляют на фильтрование. Полученное этим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот, мало декстринов и поэтому сильно сбраживается. Однако выход экстракта при отварочном способе выше. Это обусловлено тем, что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативному, но и физическому воздействию (кипячению).

Сущность отварочного способа состоит в том, что отдельные части затора (отварки) кипятят, а затем смешивают с остальной частью затора, постепенно повышая его температуру до 75 °С. При кипячении крахмальные зерна из крупных частиц дробленых зернопродуктов переходят в раствор, клейстеризуются и подвергаются действию ферментов.

Фильтрование затора. Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина). Цель фильтрования — отделение пивного сусла от дробины. Фильтрование затора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого (основного) сусла и выщелачивание — вымывание экстракта, задерживаемого дробиной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива.

Превращения при фильтровании затора. Фильтрование первого сусла представляет собой в основном физический процесс. А при выщелачивании дробины водой протекает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2, что приводит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.

Факторы, влияющие на фильтрование затора. На скорость фильтрования влияют состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтраппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 °С во избежание инактивации α-амилазы. Последняя завершает доосахаривание остатков крахмала. Кроме того, более высокая температура способствует увеличению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.

Способы и технологические режимы фильтрования. Наиболее распространены периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного аппарата или фильтр-пресса. в первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный аппарат, где он отстаивается для формирования фильтрующего слоя высотой 30...40 см. Затем начинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтраппарат. По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70...80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допускается более тонкий помол зернопродуктов. После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75^о С до плотности промывных вод 0,5...0,7 %.

Кипячение сусла с хмелем. Отфильтрованное сусло и промывные воды собирают в сусловарочном аппарате и кипятят с хмелем. Цель кипячения — стерилизация сусла, стабилизация и ароматизация его состава горькими веществами хмеля.

Превращения при кипячении сусла с хмелем. Дробленые зернопродукты всегда содержат некоторое количество микроорганизмов. При кислой реакции среды сусла стерилизация достигается уже через 15 мин кипячения.

При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в результате растворения в нем специфических составных частей хмеля и продуктов реакции меланоидинообразования.

С повышением температуры сусла происходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути. Кипячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинообразования, карамелизации сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.

Факторы, влияющие на процесс кипячения сусла с хмелем. На процессы, происходящие при кипячении сусла с хмелем, существенное влияние оказывают его про­должительность, рН и состав воды, концентрация сусла.

При длительном кипячении сусла с хмелем раствор насыщается горькими кислотами, что приводит к изменению рН сусла. Это является причиной выпадения их в осадок. Коагуляция белков наиболее полно проходит при рН 5,2 в присутствии сульфатов и хлоридов. Дубильные вещества хмеля ускоряют коагуляцию белков.

Способы и технологические режимы кипячения сусла с хмелем. Сусло с хмелем кипятят в сусловарочных аппаратах. Поступающее в сусловарочный аппарат сусло должно иметь температуру 63...75 "С, для того чтобы предохранить его от инфицирования и максимально продлить активность ферментов. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют вытяжку из следующего затора и выдерживают при температуре не выше 75°С до полного осахаривания. Сусло кипятят только после заполнения аппарата. Продолжительность кипячения не должна превышать 2 ч при скорости испарения поды 5...6 % в час к массе сусла. Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее образование хлопьев.

Удельный расход хмеля на 1 дал пива в зависимости от сорта хмеля и вида пива составляет от 20 до 60 г. Хмелепродукты в сусло вносят в два, три или четыре приема.

Конец кипячения сусла определяют по содержанию сухих иеществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ, образованию хлопьев и прозрачности горячего сусла.

Отделение сусла от хмелевой дробины. После окончания кипячения охмеленное сусло поступает в хмелеотделитель. Хмелевая дробина задерживается на сите, сусло проходит сквозь него и центробежным насосом перекачивается в сборник для охлаждения и осветления. Затем хмелевую дробину промывают горячей водой для дополнительного выщелачивания экстрактивных веществ хмеля. Промывные воды присоединяются к суслу в сусловарочном аппарате.

Охлаждение и осветление сусла. Цель охлаждения и осветления сусла — понижение температуры до 6...16 ⁰С (в зависимости от способа брожения), насыщение его кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц.

Превращения при охлаждении и осветлении сусла. В охлаждаемом сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии тонких взвесей (суспензий). При понижении температуры они осаждаются.

В течение всего процесса охлаждения сусло поглощает кислород воздуха, который при температуре выше 40°С расходуется на окисление органических веществ сусла, что приводит к потемнению сусла, снижению хмелевого аромата и хмелевой горечи.

Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого количества воды, что приводит к уменьшению его объема и повышению концентрации.

 Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 5...7 °С.

Растворение кислорода в сусле начинается при температуре 40°С и ускоряется при перемешивании, увеличении площади и продолжительности контакта, снижении концентрации сусла. Одновременно протекают окислительные процессы и сусло насыщается кислородом.

Сусло температурой 20...40°С является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры. Поэтому его охлаждают в две стадии. Первую стадию от 90 до 60⁰С проводят в течение 2 ч для обеспечения максимального осаждения крупных взвесей, а вторую — от 60 до 6...16 °С проводят быстро с использованием пластинчатых теплообменников.

После охлаждения до 6... 16 °С сусло аэрируют воздухом непосредственно в трубопроводе или аппарате предварительного брожения. Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.

В зависимости от сорта пива потери экстракта в варочном цехе колеблются от 2,6 до 2,8 %, а потери в пивной и хмелевой цробине (к объему горячего сусла) на стадии осветления и охлаждения сусла — от 5,5 до 7,0 %.