Производство светлого пива "Жигулевское Оригинальное"

Вода

Вода является в пивоваренной промышленности очень важным сырьем благодаря своему влиянию на качество пива и широкому использованию ее в пивоваренном производстве. Производственная вода используется в солодовне, в котельной, для охлаждения сусла в холодильниках и в конденсаторах холодильных машин, для мойки и чистки главным образом в бродильном и лагерном отделениях, а также в моечном и разливочном отделениях. Характерно, что для приготовления пива требуется небольшая часть воды по отношению к общему количеству потребляемой воды, которое в 10 раз и более превосходит производство пива в год.

Зачастую качество воды нуждается в улучшении. При этом следует определиться с тем, что именно требует улучшения или изменения -- цель определяет способ водоподготовки. К примеру, при использовании воды в качестве питающей для паровых котлов совершенно не важно, содержит ли вода микроорганизмы, тогда как количество растворенных в ней солей, наоборот, имеет решающее значение. С водой для мойки все обстоит как раз наоборот. В связи с этим различают следующие способы водоподготовки:

¦ для удаления взвешенных веществ;

¦ для удаления растворенных в воде веществ;

¦ для уменьшения остаточной щелочности воды при производстве пива;

¦ для удаления микроорганизмов;

¦ для удаления растворенных в воде газов.

Вода должна обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса. В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус напитков, а также на ферментативные процессы. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO3, NH3, CO2, HNO3. Содержание NO3 допускается не более 25, Fe - 0,5 г/л. Присутствие солей железа в больших количествах нежелательно, так как они взаимодействуют с дубильными веществами и ухудшают цвет и вкус напитка.

Растворенные в воде соли кальция и магния характеризуют ее жесткость. Жесткость воды (мера содержания в ней этих растворенных солей) выражается в миллиграмм-эквивалентах Са и Mg, содержащихся в 1 л воды. Для приготовления светлых сортов пива используют в основном мягкую воду.

Подготовка воды для пивоварения. Перед использованием воду фильтруют и при необходимости хлорируют, избегая при этом получения избытка хлора. Для снижения жесткости применяют несколько способов: кипячение, подкисление, известкование, обработку ионитами.

Иногда для очистки воды применяют иониты, которые представляют собой синтетические гранулы полимерной смолы размером 0,5-2 мм, обладающие способностью поглощать из раствора ионы растворенных веществ и отдавать в раствор эквивалентное количество своих ионов, т. е. происходит эквивалентный обмен ионами. При обработке воды иониты, насыщенные, например, ионами Na⁺, поглощают ионы Са²⁺ и Mg²⁺, отдавая в раствор ионы Na⁺, в результате чего вода умягчается.

Расход воды на пивоваренном заводе колеблется в зависимости от годовых объемов сбыта между 3,5 и 11 гл/гл пива. Среднее значение составляет порядка 6 гл/гл проданного пива.

Дрожжи

Пивоваренные дрожжи, как и все дрожжи, это одноклеточные организмы (Fungi) без хлорофилла, которые по морфологическим признакам относятся к классу грибов, подкласс Ascomycetes, семейству Saccharomycetaceae (Endomycetaceae), рода Saccharomyces. По способности сбраживать разные сахара, которые имеют значение для классификации рас, Коцкова-Краткохвгоюва относит пивоваренные дрожжи ко второму типу (сбраживает мальтозу и сахарозу), включающему группу cerevisiae, которая сбраживает рафинозу только на 1/3, и группу carlsbergensis, которая сбраживает рафинозу полностью.

Saccharomyces cerevisiae образует в бродящей жидкости суспензию, которая не выделяется хлопьями (не агглютинирует) и не осаждается (не седиментирует). При брожении они поднимаются к поверхности бродящего сусла и образуют на ней густую пену, которая должна быть вовремя удалена (собрана). Поэтому они называются верховыми дрожжами, и пиво, для производства которого они были использованы, называется пивом верхового брожения. Верховое брожение протекает при высоких температурах от 10 до 25°С; при температуре ниже чем 10°С брожение обычно прекращается.

Saccharomyces carlsbergensis при брожении агглютинируют и оседают на дно бродильного чана, где собираются и образуют к концу брожения более или менее прочный осадок. Поэтому технически они обозначаются как дрожжи низовые и соответствующее пиво является пивом низового брожения. Брожение, вызванное ими, хорошо протекает и при низких температурах от 6 до 8°С; брожение приостанавливается только при 0°С.

Для отличия верховых дрожжей от низовых ни высокая температура при брожении, ни подъем клеток к поверхности бродящей жидкости не является абсолютно надежным признаком. Это происходит потому, что верховые дрожжи можно постепенно приспособить (адаптировать) к низким температурам, при которых они, если слой бродящей жидкости низкий, часто не поднимаются к поверхности, как при высоких температурах.

И, наоборот, разная способность сбраживать рафинозу является относительно надежным различающим признаком. В ферментной системе низовых дрожжей (Sacch. carlsbergensis) находятся инвертаза и мелибиаза, а у верховых (Sacch. cerevisiae) только инвертаза. Верховые дрожжи сбраживают рафинозу только на 1/3, так как инвертаза гидролизует трисахарид рафинозы до моносахарида фруктозы и дисахарид мелибиозы, которая не сбраживается прямо, а только после гидролиза в моносахарид глюкозу и галактозу, которую катализирует мелибиаза.

Характеристика хмеля. Наряду с ячменным солодом хмель -- основное и пока незаменимое сырье для пивоварения. Входящие в состав хмеля вещества придают пиву специфические вкус и аромат, увеличивают его стойкость при хранении, способствуют лучшему осветлению пива и образованию пены.

Хмель (Humulus lupulus L.) - вьющееся многолетнее растение, относящееся к семейству коноплевых (Cannabaceae), Он является двудомным растением: мужские и женские соцветия находятся на разных растениях, В пивоваренном производстве от хмеля используют только шишки -- женские неоплодотворенные соцветия. При возделывании хмеля мужские хмелевые растения с плантаций удаляют.

Химический состав. Состав хмелевых шишек различен и зависит от сорта хмеля, почвенно-климатических условий произрастания, послеуборочной обработки. Но главные составляющие, благодаря которым хмель используют в пивоварении, -- горькие и полифенольные вещества, а также эфирное масло.

Таблица 1.2 - Средний химический состав сухих хмелевых шишек (в %)

Вода	10 - 14
Целлюлоза	12 - 16
Азотистые вещества	15 - 24
Безазотистые экстрактивные вещества	25 - 30
Зола	6 - 9
Хмелевые смолы	10 - 20
б-кислоты	2 - 9
в-фракция	6 - 8
г-твердые смолы	2 - 3
Полифенольные вещества	2 - 5
Эфирные масла	0,2 - 1,7

В небольшом количестве в хмеле содержатся жир, красящие вещества, сахар (глюкоза, фруктоза), пентозаны и органические кислоты (яблочная, лимонная, янтарная) и воски.

Наибольший интерес и исключительную ценность для пивоварения составляют специфические составные части хмеля: горькие вещества, хмелевое масло и полифенольные вещества.

Горькие вещества, содержащиеся в хмеле, до настоящего времени в других растениях не найдены, но некоторые из них получены синтетическим путем.

Горькие вещества придают пиву горечь, обладают антисептическими свойствами, участвуют в пенообразовании. Они объединяют хмелевые смолы и горькие хмелевые кислоты. Классификация горьких веществ производится с учетом их отношения к разным растворителям и влияния на качество охмеления сусла.

Горькие вещества хмеля, называемые общими смолами, состоят из мягких и твердых смол. Схема состава горьких веществ представлена на рисунке 1.1:

Рисунок 1.1 - Схема состава горьких веществ хмеля

Хмель - незаменимое и наиболее дорогостоящее сырье в производстве пива. Поэтому используются специальные способы и приемы, позволяющие экономить хмель.

Широко применяются хмелевые препараты - молотый гранулированный хмель, изомеризованные и неизомеризованные экстракты. Использование препаратов позволяет на 10-30 % снизить расход хмеля за счет лучшей экстракции горьких веществ. Около 90% горечи пиву придают б-кислоты - кристаллические вещества горького вкуса, без запаха, с температурой плавления 65°С и низкой растворимостью в воде (420 мг/дм³), которая зависит от рН. Содержание б-кислот в ароматных сортах 3--4%, в горьких до 13--14%. Когумулон превращается в изомер легче других компонентов б-кислоты. Поэтому сорта хмеля с большим содержанием когумулона имеют и большую горечь. Некоторые исследователи считают, что высокое содержание когумулона в б-кислоте придает горечи резкий оттенок, поэтому предпочтительны сорта с небольшим содержанием этого компонента. В б-кислотах 95--98% приходится на гумулон, когумулон и адгумулон. Один из сортовых признаков хмеля - количественное отношение гумулона и когумулона. Большая часть ароматного хмеля и хмеля «тонких» сортов имеет меньшую часть когумулона. Как правило, выбирают хмель с высоким содержанием когумулона, так как он придает благородный оттенок горьковатому вкусу пива.

в-Кислоты -- это кристаллы с температурой плавления около 9 ГС. Они не имеют горечи, но, окисляясь, образуют вещества с приятной горечью. Растворимость в-кислот ниже, чем б-кислот, и зависит от рН и температуры.

б-, в-Мягкие смолы -- это продукты окисления б- и в-кислот. Мягкая в-смола имеет более горький вкус, чем мягкая б-смола. Растворимость мягких смол выше, чем исходных горьких кислот.

Твердые смолы -- это продукты окисления мягких смол и состоят из г- и д-смол. У г-смол нет горечи, у д-смолы горечь в 8 раз меньше, чем у б-кислот. В старом и неправильно хранившемся хмеле содержание твердых смол повышенное.

В свежеубранном хмеле содержится 30--42% б-кислот, 46--58% в-фракции и около 12% твердых смол (от общего содержания горьких веществ). Горькие вещества распределены в хмеле неравномерно: в лупулиновых зернах 77, в листьях 21, стержнях 1, стеблях 0,7%.

При кипячении сусла с хмелем горькие вещества переходят в сусло, а затем и в пиво. Процент перехода горьких веществ в сусло (процесс охмеления) следующий: б-кислоты (изо-б-кислоты) -- 100, в-кислоты - 33-66; б-мягкая смола - 36; в-мягкая смола - 29; д-твердая смола - 12. б- и в-Кислоты подавляют действие бактерий, но не влияют на развитие дрожжей.

Антисептическое действие горьких веществ очень высокое. Например, для подавления развития Вас. bulgancus требуется гумулона примерно в 2300 раз меньше, чем фенола (обладающего сильными антисептическими свойствами).

Горькие вещества хмеля и особенно в-кислота подавляют развитие грамположительных, а при большой концентрации и грамотрицательных бактерий. Но на дрожжи они не оказывают антибиотического действия.

Основная масса горьких веществ находится в лупулиновых зернах. Полифенольные (дубильные) вещества хмеля лучше растворяются в воде, легче вступают в реакцию, чем полифенолы солода. Полифенольные вещества хмеля предохраняют горькие вещества от окисления и образования комплексных соединений, обладают антибиотическими свойствами, имеют вяжущий вкус. В ходе технологического процесса они осаждают белки сусла, что способствует лучшему его осветлению. Но могут быть и причиной помутнения пива, так как с солями железа и при окислении образуют темноокрашенные соединения. Вместе с белково-полифенольными комплексами они являются причиной образования мути в пиве.

Из полифенолов, то есть веществ, имеющих несколько фенольных колец в формуле, в хмеле содержатся антоцианогены, кумарины, флавонолгликозиды, катехины, лейкоантоцианы, фенолкарбоновые кислоты и вещества типа хлорогеновой кислоты. Антоцианогены составляют около 80% полифенольных веществ хмеля.

По сравнению с полифенольными веществами солода полифенольные вещества хмеля менее стабильны, так как легче окисляются и обладают большей восстановительной способностью. При кипячении сусла с хмелем они в виде отрицательно заряженных коллоидных частиц активно реагируют с азотистыми веществами, имеющими положительный заряд, в результате образуются белково-полифенольные комплексы, которые осаждаются, осветляя сусло.

Окисляясь, полифенольные вещества предохраняют горькие вещества и другие соединения от окисления, то есть являются антиоксидантами. Они положительно влияют на создание характерного вкуса пива.

При окислении и конденсации полифенолы образуют с белками нерастворимые красно-коричневые соединения, которые вызывают помутнение сусла, а с солями железа -- темно-серые вещества. Раньше считали, что наличие в пиве полифенольных веществ хмеля нежелательно, но потом было установлено, что неблагоприятное воздействие на качество готового пива (появление осадка и грубый вкус) обусловлено дубильными веществами ячменя, а действие полифенолов хмеля благоприятно. При кипячении сусла образуются белково-дубильные комплексы, которые при его охлаждении выпадают в осадок, что способствует лучшему осветлению сусла.

Для приготовления качественного пива необходимо использовать хмель с содержанием полифенолов не менее 4,5%, по при большем содержании в пиве появляется неприятная горечь. Поэтому хмель с высоким содержанием полифенольных веществ рекомендуется обрабатывать кипящей водой в течение 2 мин.

Хмелевое эфирное масло придает хмелю присущий ему специфический аромат. Хмелевое масло - это смесь летучих маслообразных веществ с приятным ароматом. Они содержатся в основном в лупулине.

Эфирное масло образуется в период созревания хмеля, имеет сложный химический состав. В настоящее время в нем обнаружено около 300 соединений, в том числе 51 углеводород, 62 эфира, 37 спиртов, 31 кетон, 10 альдегидов, 7 органических кислот, 6 сернистых соединений и 20 неидентифицированных веществ. Компоненты эфирного масла состоят из двух фракций: углеводородной (40-80 %) и кислородсодержащей. Большую часть (60--80%) углеводородной фракции составляют 4 соединения -- мирцен, кариофиллен, гумулен и фарнезен. Мирцен придает аромату остроту и может быть причиной резкого аромата. В «тонком» хмеле его не более 50%. Содержание же гумулена положительно сказывается на аромате, поэтому в «тонких» сортах его больше. Иногда для характеристики аромата хмеля используют отношение гумулен/кариофиллен, которое должно быть не менее 3. Предпочтительно 3,2 и выше.

По некоторым данным, при содержании углеводородной части 86% ее участие в аромате составляет 69%. При содержании кислородсодержащей фракции 14% участие ее в аромате 31%.

В американских сортах хмеля мирцена больше (25-50%), чем в европейских (16-30%). В европейских выше содержание гумулена (22-33%), чем в американских (14-25%).

Хмелевое масло легко подвергается окислению, причем запах окисленных веществ резко изменяется, частично они приобретают чесночный оттенок, который передается пиву и значительно снижает его органолептические свойства.

При образовании семян в хмеле содержание эфирного масла снижается.

Во время хранения хмеля его составные части подвержены процессам окисления, чему способствует присутствие кислорода, что является существенной причиной упаковывания хмеля и хмелепродуктов в плотную упаковку, препятствующую воздействию окислителя.

При длительном хранении компоненты эфирного масла окисляются, поэтому изменяется и аромат шишек хмеля. Хмелевое масло не имеет антисептического действия.

Другие вещества, содержащиеся в хмеле. К ним можно отнести азотистые вещества, углеводы, липиды, кислоты, витамины, фитогормоны, минеральные и красящие вещества. К азотистым веществам хмеля относятся низкомолекулярные белковые фракции: альбумозы, пептоны, полипептиды и аминокислоты. Найденный в хмеле амид аспарагиновой кислоты (аспарагин) является одним из источников питания пивных дрожжей. В сухом веществе хмеля содержится 15-24% белковых веществ, от трети до половины их количества переходят в пиво. Кроме того, в сухом хмеле более 40% углеводов: целлюлоза, гемицеллюлоза, пентозаны, пектиновые вещества и сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, рафиноза, стахиоза).

На качество пива положительно влияют пектиновые вещества (12-14%), улучшающие пенообразование и пеностойкость, создающие полноту вкуса. В хмеле содержатся щавелевая, яблочная, янтарная, лимонная, кремниевая, серная, фосфорная и борная кислоты. Из витаминов обнаружены тиамин, пиридоксин, биотин, никотиновая кислота, токоферолы; из минеральных веществ -- калий, кальций, фосфор, кремний и др. Красящие вещества: хлорофилл, ксантофилл, антоцианогены. При окислении танинов образуются окрашенные флобафены, придающие красно-коричневый цвет. Минеральные вещества: К, Са, Р, Si, Mg, S, CI, Na. [1]

Для приготовления пива требуются четыре вида сырья: ячмень, хмель, вода и дрожжи. Качество этого сырья оказывает огромное влияние на качество изготовляемой продукции. Зачастую используются также несоложеные зерновые - кукуруза, рис, пшеница или приготовленные из них продукты - несоложеные зернопродукты. Пиво лучших сортов вырабатывают из солода без примеси несоложеного сырья.

2.2.1 ЯЧМЕНЬ

Ячмень - основное сырье для приготовления пива. Его применение основано на том, что в нем содержится много крахмала и что даже после обмолота и переработки в солод в ячмене содержатся оболочки зерна (мякинные оболочки), которые способны формировать фильтрующий слой, необходимый в последующем процессе производства.

Зерно ячменя представляет собой зерновку, оболочка которой состоит из семи клеточных слоев.

Эндосперм (мучнистое тело) покрыт алейроновым слоем, в состав которого входят белок и жир. Эндосперм имеет тонкостенные клетки, состоящие из целлюлозы и белка; клетки соединены между собой цепочками в-глюкана.

Химический состав зерна зависит от сорта, агротехнических и метеорологических условий при культивировании ячменя, а также от агротехнологии.

Средний химический состав ячменного зерна, % на СВ: крахмал -- 45-70; белки -- 7-26;пентозаны -- 7-11; сахара -- 1,7-2,0; целлюлоза -- 3,5-7,0; жиры -- 2-3; зольные элементы -- 2-3./2/

Сухое вещество ячменя представлено в основном органическими веществами ( 85% массы зерна).

Простые белки (протеины) подразделяются на альбумины, глобулины, проламины и глютелины. Сложные белки (протеиды) - это белковые вещества, которые наряду с протеинами содержат небелковые вещества. Среди них важное биологическое значение имеют нуклеопротеиды, которые при гидролизе образуют пуриновые и пиримидиновые основания, сахара и фосфорную кислоту.

Моносахариды в зерне представлены главным образом глюкозой, фруктозой; дисахариды - сахарозой. Сахароза в основном находится в алейроновом слое, фруктоза и глюкоза - в эндосперме.

Полисахариды представлены крахмалом, гемицеллюлозой и целлюлозой.

Жиры выполняют различные биологические функции в процессе солодоращения, так как они входят в состав клеточных мембран. Это - высокоэнергетические резервные вещества, которые используются при проращивании ячменя.

Важной составной частью зерна является вода. Влажность ячменя может колебаться от 8 до 20%.

Оценка качества ячменя осуществляется путем визуального и ручного обследования и путем технохимических методов анализа.

Ячмень должен быть здоровым, хранившимся в течение определенного времени, т. е. отлежавшимся, чтобы его свойства выравнялись. При соложении он должен быть хорошо проращен и высушен. Любой недостаток сырья или солодильного процесса отрицательно сказывается на качестве солода.

Запах солода должен быть чистым, солодовым, у темного солода более четко выраженным, почти ароматным. Не должно быть затхлого запаха, запаха плесени или дыма.

Вкус солода должен быть приятно сладковатым, без привкуса. Запах и вкус солода лучше всего проявляются при затирании и в лабораторном сусле.

Внешний вид
Запах	Свойственный нормальному зерну ячменя (без затхлого, солодового, плесневого и без посторонних запахов)
Влажность	Должен быть сухим и обладать хорошей сыпучестью. Не более 15%.
Цвет и блеск	Ячмень должен быть светло-желтым, цвета соломы, а зерна должны иметь одинаковые размеры
Характеристика оболочек	Оболочки должны иметь тонкую морщинистость.
Степень загрязнения	В зерне не должны присутствовать никакие посторонние предметы, семена сорняков, песок, камни, обрывки веревок, солома, колосья, ости, металлические предметы, половинки зерен, спорынья и другие злаки.
Форма и величина зерен	Должны быть крупными, полными и округлыми
Однородность	Однородный ячмень с высоким содержанием полных зерен
Белок, %, не более	12,0
Сорная примесь, %, не более в том числе вредная примесь	1,0 0,2
Зерновая примесь, %, не более	2,0
Мелкие зерна, %, не более	5,0
Крупность, %, не более	85,0
Способность произрастания, %, не менее (для зерна, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0
Жизнеспообность, %, не менее (для зерна, поставляемого не ранее чем за 45 дней после его уборки)	95,0

Ячмень пивоваренный (ГОСТ 5060 от 18.12.86 "Ячмень пивоваренный.Технические условия").

2.2.2 ХМЕЛЬ

Хмель - второе после солода основное пивоваренное сырье. С точки зрения технологии важнейшей частью хмеля являются: горькие вещества, сосредоточенные преимущественно в лупулине (хмелевой муке), придающие пиву характерный горький вкус и обладающие антисептическими свойствами; хмелевые дубильные вещества, которые при кипячение сусла с хмелем осаждают белки, и тем самым способствуют образованию бруха; хмелевое эфирное масло, являющееся главным компонентом аромата хмеля, который характерен для отдельных видов хмеля и для разных областей его выращивания.

В пивоваренном производстве используют только шишки -- женские неоплодотворенные соцветия. /3/

Химический состав высушенных хмелевых шишек (в среднем) следующий : вода - 10-14 %; клечатка - 12-16%; азотистые вещества - 15-24%; безазотистые экстрактивные вещества - 25-30%; зола - 6-9%; хмелевые смолы - 10-20%; б-кислоты - 2-16%; в-фракция - 6-9%; г -твердые смолы - 2-3%; дубильные вещества - 2-5%; эфирные масла - 0,2-3,8%.

Наименее эффективным способом использования хмеля в пивоварении является использование шишкового хмеля. Для получения стандартных по охмелению пива в настоящее время применяют различные хмелевые препараты. Термин «хмелевые препараты» выбран для обозначения всех видоизмененных форм хмеля, которые используются для производства пива.

Внешний вид
Часть шишки
Цветоножка	Должна быть короткой
Стерженек	Зигзагообразный изогнутый стерженек
Цветки	На каждом изгибе сидят почти невидимые цветки с большими лепестками. Если хмель оплодотворен, здесь образуются семена; оплодотворенный хмель имеет более раскрытую шишку
Лупулин	Желтое клейкое вещество, содержащиеся в прицветной чешуйке, которая расположена между стержнем и лепестком. Лупулин содержит все компоненты хмеля, важные для приготовления пива

Хмель (ГОСТ 21947-76 от 01.07.79 «Хмель прессованный. Технические условия»). Хмель используют для придания пиву характерного хмелевого аромата, специфического горьковатого привкуса и биологической стойкости при хранении. Хмель принимает участие и в формировании таких показателей качества, как цвет, прозрачность и пенообразование.

Для изготовления пива используют хмелевые шишки, которые предоставляют собой высушенные женские неоплодотворенные соцветия. Наиболее ценной частью хмеля является лупулин (хмелевая мука) - липкие зернышки светложелтого цвета, накапливающиеся на внутренней стороне чешуек. В технологическом отношении наиболее важны горькие кислоты и смолы (10-26% массы сухого хмеля), а также дубильные вещества (2-5%) и эфирное масло (0,2-1%).

Горькие вещества хмеля - это комплекс безазотистых соединений сложного химического состава: горькие б - и в-смолы, твердые г-смолы. Изучены б-кислота гумулон (С21Н30О5), обладающая наибольшей горечью, и в-кислота лупулон (С26Н38О4). Горькие кислоты при длительном хранении хмелевых шишек, особенно в неблагоприятных условиях, окисляюсь, переходят в мягкий, но грубый и неприятный вкус, передающийся пиву.

Относящиеся к группе катехинов дубильные вещества хмеля обуславливают терпкость вкуса сусла, его прозрачность и интенсивность окраски.

Эфирное масло хмеля, представляющее собой смесь ароматических углеводородов и терпенов, играет определенную роль в образовании аромата пива, несмотря на то, что в процессе кипячения сусла большая часть эфирного масла улетучивается.

Разработаны технологии производства молотого гранулированного хмеля, позволяющие уменьшить расход хмеля на 15% и хмелевых экстрактов (применяют в соотношении 1:1).

2.2.3 ДРОЖЖИ

В пивоварении используют два типа дрожжей: дрожжи низового брожения и дрожжи верхового брожения.

Дрожжи низового брожения или низовые дрожжи получили свое название из-за способности оседать (седиментировать, флоккулировать) в конце брожения на дно бродильного аппарата в виде хлопьев. Пиво, полученное с их участием, назвали пивом низового брожения.

Верховые дрожжи во время брожения поднимаются на поверхность бродящего сусла и образуют густую пену, которая периодически удаляется. К концу главного брожения эти дрожжи не оседают и продолжают размножаться, поэтому их назвали верховыми дрожжами, а пиво получило название пиво верхового брожения. Однако при использовании современных технологий при получении пива верхового брожения этот признак отсутствует: дрожжи в конце брожения оседают на дно аппарата.

Для предотвращения снижения интенсивности размножения и бродильной активности дрожжей в сусло необходимо вносить недостающие питательные вещества (аминокислоты или соли аммония, минеральные соли) и витамины.

Дрожжи для приготовления пива (ГОСТ 10444.12-88 "Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и плесневых грибов"). Пивные дрожжи относятся к так называемым культурным расам и созданы человеком специально. В пивоварении используют дрожжи верхового и низового брожения.

Верховые дрожжи при брожении сусла образуют на поверхности сбраживаемой среды сначала нежную белую пену, затем при интенсивном брожении пена становится плотнее, быстро темнеет, образуя завитки коричневого цвета. Через некоторое время завитки распадаются и появляется желтая пена, состоящая в основном из новых дрожжевых клеток. Часть дрожжей оседает, образуя на дне бродильного чана довольно рыхлый осадок. При дальнейшей необходимости в таких дрожжах их (желтую пену) снимают сетчатым черпаком и помещают в чистую герметически закрывающуюся посуду. Туда же добавляют дрожжи, осевшие на дно емкости.

В пивоварении обычно отдают предпочтение дрожжам низового брожения, хлопья которых по окончании брожения быстро оседают на дно, образуя там плотный слой. Обычно для нормального брожения в сусло задают густые дрожжи в пределах 0,5% от объема сусла. А если исходить из массы солода, то на сусло из 100 кг солода необходимо около 1 л густых кашицеобразных дрожжей. Если в наличии есть прессованные дрожжи, следует учитывать, что 5 кг таких дрожжей соответствует 10 л густых дрожжей. Большее количество заданных дрожжей ускоряет брожение, но на конечную степень сбраживания практически не влияет. И еще один эффект от обильной задачи дрожжей - брожение становится более чистым, так как в этом случае из-за интенсивного сбраживания посторонние микроорганизмы погибают быстрее.

2.2.4 ВОДА

Вода является в пивоваренной промышленности очень важным сырьем благодаря своему влиянию на качество пива и широкому использованию ее в пивоваренном производстве. Производственная вода используется в солодовне, в котельной, для охлаждения сусла в холодильниках и в конденсаторах холодильных машин, для мойки и чистки главным образом в бродильном и лагерном отделениях, а также в моечном и разливочном отделениях.

Таким образом, воду следует отнести к основному виду технологическому сырью. При этом необходимо иметь в виду, что вода, используемая в производстве пива, не является чистым химическим веществом; она характеризуется определенными органолептическими и физико-химическими свойствами, которые существенно изменяются в зависимости от места нахождения предприятия.

Вода, используемая для приготовления пиве, прежде всего должна соответствовать требованиям СаНПиН 2.1.4.1074-01. Однако учитывая ее влияние на физико-химические и биохимические процессы в пивоварении, к ней предъявляются дополнительные требования, указанные в технологической инструкции по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков (ТИ 10-5031536-73-90).

Пиво представляет собой водный раствор экстрактивных веществ солода, не претерпевших изменения в ходе его брожения и дображивания, этилового спирта и вкусоароматических веществ, являющихся либо вторичными метаболитами дрожжей, либо происходящими из хмеля. В состав экстрактивных веществ входят несброженные углеводы (а- и б-глюканы), фенольные вещества (антоцианогены, олиго- и полифенолы), меланоидины и карамели. Их содержание в пиве в зависимости от массовой доли сухих веществ в начальном сусле, состава сусла, технологических режимов брожения и штаммовых особенностей дрожжей колеблется от 2,0 до 8,5 г/100 г пива. С этими же показателями процесса связано содержание спирта, массовая доля которого в пиве может составлять от 0,05 до 9,4%, и вкусоароматических веществ (высших спиртов, эфиров, альдегидов и т. п.), синтез которых зависит как от состава сусла и особенно от режимов брожения и природы дрожжей. Как правило, для получения пива, при сбраживании которого используют низовые дрожжи, концентрация вторичных продуктов метаболизма дрожжей не превышает 200 мг/л, в то время как для пива верхового брожения их уровень превышает 300 мг/л. Еще меньшую долю в пиве составляют горькие вещества хмеля, количество которых в пиве не превышает 45 мг/л. Таким образом, основным компонентом пива, содержание которого превышает 90% его массы, - вода.

Цветность	1-20 мг/л
Мутность	1-10 мг/л
Температура	12-25
pH	6,5-8,5 пред 9,5
Электропроводность	400 мкS/см
Общая жесткость	60 мг/л
Сухой остаток	1500 мг/л
Окисляемость	2-5 мг/л

(ГОСТ 2874 от 18.10.82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством").Вода играет главную роль в изготовлении качественного пива. Используют воду питьевую (ГОСТ 2874 от 18.10.82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством"). К солевому составу воды и свойствам предъявляют следующие требования по: жесткости, активности кислотности (рН), вкусу и запаху, механической и микробиологической чистоте. При этом учитываются состав и соотношение в воде минеральных веществ, в том числе для светлых сортов пива применяют только мягкую воду (0,1-1,8 мг-экв/дм3), для темных - умеренно жесткую (1,8-3,5 мг-экв/дм3).

Прежде всего вода должна быть чистой, прозрачной, без запаха, не содержать много солей. В пивоварении к воде предъявляются такие же требования, как к обычной питьевой воде. Лучше, если применяемая для пива вода обладает нейтральным или слабо-кислыми свойствами; воду, дающую щелочную реакцию, лучше в пивоварении не использовать.

Содержащиеся в воде соли по-разному сказываются на процессах пивоварения. Они могут неблагоприятно влиять на осахаривание солода, затруднять процеживание, мешать проявлению блеска и осветлению сусла. Так, если вода содержит много карбонатов, солей угольной кислоты, последние окрашивают пиво, придавая ему красный оттенок. Эти же соли влияют на процесс экстрагирования хмеля, являясь обычной причиной грубоватого, царапающего и неприятно-горького вкуса пива. Считается также, что карбонаты отрицательно влияют на сбраживание, продолжительность брожения, осветление и прозрачность пива. Но при этом негативное воздействие карбонатов сказывается главным образом при изготовлении светлого пива. При варке же пива темных сортов умеренное содержание карбонатов в воде даже желательно.

Вкусовые качества воды, безусловно, влияют на вкус пива, поэтому пиво и имеет разный вкус. На ОАО "Сан ИнБев" берут артезианскую воду из местных источников. Это придает особенность местным маркам. Однако качество воды тщательно контролируется и, при необходимости, дополнительно очищается вода и проводится специальную подготовку [4].

Таблица 2.2 - Характеристика сырья

Наименование сырья	Нормативно-технический документ (НТД	Показатели для проверки
		наименование	Значение по НТД
Солод InВev 2	Технические условия ОАО “AB Inbev”	Влажность	? 4,5%
		Экстрактивность на сухое вещество	? 80,0%
		pH	5,7 - 6,1
		Цвет лабораторного сусла	? 4,0 °EBC
		Цвет сусла после кипячения	?7,0 °EBC
		Вязкость лабораторного сусла	? 1,60 mPa.s
		Общий белок на сухое вещество	? 12,0 %
		Растворимый белок на сухое вещество	4,0 - 4,5 %
		Рыхлость	? 80 %
		Стекловидные зерна	? 2,0 %
		Осахаривание	?15min
		Конечная степень сбраживания	? 78 %
		Бета-глюкан	? 200 mg/l
		Диастатическая сила	? 250 °WK
		Скорость фильтрации тонкого помола	? 60 min/300ml
		Скорость фильтрации грубого помола	? 90 min/300ml
		Свободный аминный азот	? 150 mg/l
		Пыль / Dust	? 0,7 %
Ячмень пивоваренный	ГОСТ 5060-86	Цвет	Светло-желтый, желтый
		Запах ячменя и запах «чая», приготовленного из ячменя	Свойственный нормальному зерну (без затхлого, солодового, плесневелого, посторонних запахов)
		Состояние	Здоровый, негреющийся
		Влажность, max	14,0 (14,5)%
		Белок, max	15,0 (15,3)%
		Сход с сита 2,2 мм, min	90,0 (89,0)%
		Мелкое зерно, max	3,0 (4,0)%
		Чистота сорта, min	90,0 % (Mix любого одобренного пивоваренного сорта ячменя (Скарлетт, Пасадена, Ксанаду, Филадельфия, Маргарет, Аннабель, Гонар, Суздалец, Зазерский))
		Зерновая примесь, max	2,0 (3,0)%
		Сорная примесь, max	1,0 (2,0)%
		Зараженность вредителями хлебных запасов	Не допускается, кроме клеща (не более 5 шт. на 2 кг)
		Спорынья, max	0,05 (по весу)%
		Розовое зерно, max	5шт в 100 г
Вода	ГОСТ 2874-82	Микробиология: Число микроорганизмов в 1 см3 воды, не более Число бактерий группы кишечных палочек в 1 дм3 воды (коли-индекс), не более	100 3
		Концентрация химических веществ, встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки:
		Алюминий остаточный (Аl), мг/дм3, не более	0,5
		Бериллий (Be), мг/дм3, не более	0,0002
		Молибден (Мо), мг/дм3, не более	0,25
		Мышьяк (As), мг/дм3, не более	0,05
		Нитраты (NO3), мг/дм3, не более	45,0
		Полиакриламид остаточный, мг/дм3, не более	2,0
		Свинец (Рb), мг/дм3, не более	0,03
		Селен (Se), мг/дм3, не более	0,01
		Стронций (Sr), мг/дм3, не более	7,0
		Концентрации химических веществ, влияющих на органолептические свойства воды, встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки
		Водородный показатель, рН	6,0-9,0
		Железо (Fe), мг/дм3, не более	0,3
		Жесткость общая, моль/м3, не более	7,0
		Марганец (Мn), мг/дм3, не более	0,1
		Медь (Сu2+), мг/дм3, не более	1,0
		Полифосфаты остаточные (РO3-4), мг/дм3, не более	3,5
		Сульфаты (SO4--), мг/дм3, не более	500
		Сухой остаток, мг/дм3, не более	1000
		Хлориды (Сl-), мг/дм3, не более	350
		Цинк (Zn2+), мг/дм3, не более	5,0
		Органолептические свойства воды
		Запах при 20 ?С и при нагревании до 60°, баллы, не более	2
		Вкус и привкус при 20 ?С, баллы, не более	2
		Цветность, градусы, не более	20
		Мутность по стандартной шкале, мг/дм3, не более	1,5
Хмель прессованный	ГОСТ 21947-76	Цвет	От светло-желто-зеленого до золотисто-жетлого Шишки могут быть с покрасневшими кончиками лепестков
		Массовая доля альфа-кислот в пересчете на абсолютно сухое вещество, %	3,5
		Влажность, %	13
		Массовая доля хмелевых примесей (для машинного сбора), %, не более	10
		Массовая доля золы в пересчете на абсолютно сухое вещество, %, не более	14

2.2.5 ПРОИЗВОДСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Ресурс	Поставщик
Газ	Иваново «Горгаз»
Вода: · На производственные нужды · На технические нужды	· Скважины (8 единиц) · Из водоканала
Пар	Собственная котельная

2.3 ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА КОМПОЗИЦИИ

В настоящее время в РФ (в частности на ОАО «AB Inbev») производится множество различных сортов пива - от классических до оригинальных. В данном проекте в качестве примера рассматривается рецептура и процесс производства (в частности, осветление) пива марки «Жигулевское Оригинальное» светлое, рецептура которого приведена ниже в таблице 2.4. [2]

Таблица 2.3 - Классическая рецептура пива «Жигулевское Оригинальное» (пиво светлое)

Расход на 1 дал	Физико-химические показатели
Зернопродуктов	Хмель, г	Концентрация начального сусла, %мас	Содержание алкоголя, не менее	Кислотность, мл 1Н раствора NaOH на 100мл пива	Цветность, мл 0,1Н раствора йода на 10 мл пива	Содержание оксида углерода (VI), % масс, не менее	Стойкость, сут, не менее	Срок выдержки, сут	Действительная степень сбраживания, %
Солод светлый 90% Ячмень до 10%	22	11,0	2,8	1,6 - 2,8	1,6 - 2,0	0,3	7	21	49

2.4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.4.1 ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗАТИРАНИИ

Затирание зернопродуктов является главной стадией приготовления пивного сусла. Цель затирания состоит в водной экстракции из солода растворимых веществ и нерастворимых частей зернопродуктов после их перевода в растворимое состояние в результате физико-химических и биохимических превращений. Указанные соединения и составляют экстракт сусла и пива. Растворимыми являются сахара, декстрины, минеральные вещества и определенные белки. К нерастворимым соединениям относится крахмал, а также целлюлоза, часть высокомолекулярных белков и другие вещества, остающиеся в виде дробины по окончании последующего фильтрования.

Затиранию предшествует дробление солода, результатом которого должен быть помол оптимального состава, обеспечивающий, с одной стороны, наилучшее экстрагирование, а с другой - наилучшее фильтрование заторной массы.

Основополагающими процессами на стадии затирания являются:

- расщепление крахмала;

- расщепление глюкана (гумми-веществ);

- расщепление белковых веществ;

- превращения жирных кислот.

Важнейшим ферментативным процессом при затирании является расщепление крахмала. Весовое соотношение крахмала, расщепляемого при солодоращении и затирании, равно 1:10 и 1:17, в то время как для белков - 1:1. В качестве катализаторов расщепления крахмала в заторе выступают амилолитические ферменты солода. Под действием - и - амилаз крахмал гидролизуется до мальтозы и декстринов по следующим основным реакциям:

(С₆Н₁₀О₅)n + Н₂О n/2 С₁₂Н₂₂О₁₁,

(С₆Н₁₀О₅)n + Н₂О n/х (С₆Н₁₀О₅)х.

Осахаривание крахмала представляет собой его трехстадийное ферментативное расщепление на продукты, не дающие с йодом цветной реакции, характеризующееся последовательным протеканием следующих этапов:

- клейстеризация,

- разжижение,

- собственно осахаривание.

Клейстеризация является физико-химическим процессом и неотъемлемым условием эффективности ферментативного гидролиза крахмала. В первом приближении, по данным можно считать температуру клейстеризации крахмала солода и ячменя в присутствии амилаз равной 60 ⁰С. Медленный нагрев крахмальной суспензии является фактором лучшей набухаемости зерна и возможности проведения процесса при более низкой температуре.

Разжижение представляет собой снижение вязкости крахмального клейстера под действием б - амилазы. Протекающая ферментативная реакция связана с распадом амилопектина под действием указанного фермента. Оптимальная температура разжижения крахмального клейстера в заторе равна 65 - 70 ⁰С при оптимальном рН=4,6.

Собственно осахаривание - это полное расщепление разжиженного крахмала амилазами на мальтозу и декстрины, которое становится возможным только после проведения первых двух стадий. б - Амилаза разрывает цепочки амилозы и амилопектина преимущественно на декстрины с 7 - 12 глюкозными остатками. От концевых групп образовавшихся цепочек - амилаза отщепляет мальтозу; этот процесс продолжается в течение более длительного времени, чем разделение цепочек большей длины б - амилазой.

Из-за различной длины цепочек кроме мальтозы образуются и другие сахара, глюкоза и мальтотриоза. Но во всех случаях расщепление веществ останавливается на 2 - 3 глюкозных остатках перед б-1,6-связями амилопектина, поскольку они не могут быть расщеплены ни одной из двух амилаз. Данный факт ведет к неизбежному содержанию этих предельных декстринов в нормальном сусле. Содержание в солоде предельной декстриназы - фермента, способного расщеплять кроме б -1,4-связей и б-1,6-связи, не оказывает заметного влияния на протекающие процессы ввиду принадлежности значения температурного оптимума для данного фермента интервалу 50 - 60 ⁰С; поэтому при 70 ⁰С обнаруживается лишь слабая активность этого биокатализатора.

Важнейшими факторами, влияющими на расщепление крахмала являются:

- температура при затирании;

- продолжительность затирания;

- величина рН при затирании;

- концентрация затора.

Максимально возможное содержание мальтозы и наивысшая конечная степень сбраживания достигается при температуре 62 - 63 ⁰С . Паузы при затирании выдерживаются при оптимальных для амилаз температурах:

а) мальтозная пауза при 62 - 65 ⁰С, - соответствует низшим температурам осахаривания, которые поддерживают действие - амилазы (при этом образуется больше мальтозы, но не происходит полного осахаривания затора);

б) пауза осахаривания при 72 - 75 ⁰С, - соответствует оптимальной температуре для б - амилазы (происходит интенсивное образование декстринов);

в) максимальная температура осахаривания затора (76 - 78 ⁰С), соответствующая перекачке заторной массы в фильтрационный чан (активна только б - амилаза).

Влияние длительности затирания на процесс расщепления крахмала связано с тем, что действие ферментов на данной стадии является неравномерным. Выделяются как минимум две области активности ферментов, зависящие от времени .

Максимум ферментативной активности достигается через 10 - 20 минут, при этом максимум ферментативной активности при 62 - 63 ⁰С выше, чем при 67 - 68 ⁰С. Через 40 - 60 минут активность ферментов снижается сначала быстро, а затем этот спад уменьшается. Таким образом:

- с увеличением длительности затирания растет концентрация раствора экстракта, но этот процесс все больше замедляется;

- с увеличением длительности затирания (особенно при 62 - 63 ⁰С) возрастает содержание мальтозы и с ним растет конечная степень сбраживания, - такое сусло может интенсифицировать процесс главного брожения.

Влияние рН затора на расщепление крахмала заключается в том, что оно превышает в естественных условиях оптимумы рН амилаз и составляет от 5,6 до 5,9. Повышение общей кислотности возможно при использовании биологического подкисления затора: путем введения неорганических кислот (молочной, соляной или серной) или добавления подкисляющего материала.

в - Глюкан представляет собой соединение, входящее в состав клеток ячменного зерна наряду с белковыми веществами, целлюлозой и гемицеллюлозой. Высокомолекулярный в - глюкан имеет склонность к гелеобразованию при определенных условиях, способен вызвать повышение вязкости пива и препятствовать последующему фильтрованию затора. Бахромчатые мицеллы в - глюкана - это вытянутые незакрученные молекулы, которые не ветвятся. Многие из них ассоциированы, связаны водородными мостиками. Подобное состояние способствует их растворимости, что характерно для начала затирания.

По мере клейстеризации структура зерен крахмала разрушается, при этом частично связанные в поперечном направлении бахромчатые мицеллы освобождаются. Эндо-в-глюканаза может расщеплять сшитые бахромчатые мицеллы на в - глюкан (оптимальная температура составляет 45 - 50 ⁰С). Удлинение паузы при оптимальной для действия указанного фермента температуре большая часть в - глюкана переводится в растворимую форму, что уменьшает опасность гелеобразования.

Расщепление белковых веществ катализируется солодовыми протеазами. При затирании происходит распад в среднем 30 - 40 % от общего содержания белков в солоде и ячмене. Определяющим является не количество перешедших в сусло белковых веществ, а соотношение отдельных их фракций, которое должно удовлетворять наиболее благоприятным для дальнейшего сбраживания и качества готового пива условиям.

Наибольшая часть высокомолекулярных протеинов выпадает в осадок не позднее окончания кипячения сусла. В пиво попадают только продукты расщепления, которые необходимы для размножения дрожжей и быстрого сбраживания. Расщепление белков при затирании идет в широком интервале температур: 40 - 70 ⁰С, - не ограниченном температурой пептонизации от 45 до 55 ⁰С, хотя при этой температуре процесс протеолиза белков происходит наиболее интенсивно. При этих температурах и рН затора из комплексов протеолитических ферментов солода действует главным образом кислая протеиназа (эндопептидаза), которая сравнительно стабильна при высоких температурах, и ее рН-оптимум близок к рН затора.

Принципиально ферментативное расщепление под действием эндопептидаз солода имеет вид:

белокпептоны полипептидыдипептидыаминокислоты.

Процесс ведется таким образом, чтобы в сусло при затирании переходили определенные белки в необходимом соотношении, которое (в %) имеет вид: А:В:С = 25:15:60. Пептоны и полипетиды, представляющие фракцию В, обусловливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты фракции С необходимы как компоненты питательной среды дрожжей. Аминокислоты имеют важное значение для питания дрожжей (последние потребляют как минимум 10 - 14 мг б - аминного азота на 100 мл сусла). Так как пролин не используется дрожжами в качестве б - аминокислоты , в сусле должно содержаться б - аминного азота не менее 20 мг на 100 мл. Высокомолекулярные продукты гидролиза, составляющие фракцию А, влияют на стойкость пива. Недостаточный гидролиз белка ведет к снижению органолептических свойств готового пива и стойкости при хранении.

Высокомолекулярные продукты распада белков ячменя, подобно альбуминам и глобулинам, не выделяются из раствора во время кипячения и называются стойко растворимыми белками сусла. Эти белки при кипячении их растворов в дальнейшем коагулируют. Фракцию растворимых белков составляют коагулируемые белки, стойко растворимый белок, настоящие растворимые белковые вещества и продукты белкового расщепления.

Наряду с белками, перешедшими в сусло под действием протеолитических ферментов, другая их часть растворяется при высоких температурах под влиянием присутствующих в сусле солей. Одновременно растворенные в сусле белки в процессе затирания частично осаждаются в результате нагревания затора, а также реакции белков с полифенольными веществами из оболочек зерна.

Растворы белков обладают типичными свойствами гидрофильных коллоидов. Белки, растворимые в воде, при нагревании превращаются в нерастворимые (гидрофобные) и затем коагулируют.

При затирании часть содержащихся в зерносырье липидов расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Наряду с ферментативным значительную роль играет и окислительное расщепление химически активных ненасыщенных жирных кислот, которые под действием липоксигеназы и кислорода превращаются в промежуточные продукты, способные позднее в виде карбонилов старения влиять на стойкость вкуса пива. С самого начала приготовления сусла необходимо максимально ограничить влияние кислорода. При затирании растворяются и насыщенные жирные кислоты, составляющие значительную часть жиров, содержащихся в зернах крахмала (амилопластах) в количестве 5 - 7 %.

К прочим процессам при затирании относится растворение части еще нерастворенных органически связанных фосфатов под действием ферментов фосфатаз, а также выделение дубильных веществ и антоцианогенов из оболочек и эндосперма зернового сырья при увеличении длительности и температуры затирания.

Высокомолекулярные дубильные вещества и антоцианогены играют существенную роль при образовании в пиве помутнений, - они связываются с высокомолекулярными белковыми веществами и выпадают в осадок. Кроме того, они оказывают негативное влияние на вкус пива. Низкомолекулярные дубильные вещества своим редуцирующим действием оказывают положительное влияние. Эта редуцирующая способность может быть достигнута уже при фильтровании затора при условии исключения внесения кислорода.

2.4.2 ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ФИЛЬТРОВАНИИ ЗАТОРА

Процесс, протекающий на стадии фильтрования первого сусла, является преимущественно физическим. При обработке дробины водой протекает конвективная диффузия и некоторые химические процессы, главным образом, обме...