1. Охлаждение и осветление пивного сусла. Физико-химические процессы при осветлении и охлаждении
Целью охлаждения и осветления сусла является:
-понижение температуры;
-насыщение сусла кислородом воздуха;
-осаждение взвешенных частиц сусла.
В зависимости от методов ведения брожения (низовое, верховое) сусло охлаждают до 6–7 или 14–16°С.
При кипячении из сусла полностью выделяется воздух. Поэтому в горячем охмеленном сусле отсутствует кислород, в нем содержатся грубые взвеси, которые образовались при кипячении его с хмелем. Размер взвешенных частиц может составлять от 30 до 80 мкм. Если от них не избавиться, они могут затруднить последующую фильтрацию пива или, что еще хуже, осесть при брожении на стенках дрожжевых клеток – "оклеить", "облепить" их, т.е. нарушить их проницаемость, затрудняя диффузию сахаров в клетку. В этом случае брожение может ухудшиться или совсем затухнуть. Наличие взвесей отрицательно влияет на дображивание пива и коллоидную стойкость готового продукта. К тому же дрожжи для осуществления брожения нуждаются в определенном количестве кислорода.
Уже при проходе через хмелеотделитель из горячего сусла удаляется значительная масса свернувшихся белков. Белковые вещества, находящиеся в сусле в виде тонких взвесей, с понижением температуры выделяются в виде сырой илистой массы. Сусло насыщается кислородом, что благоприятствует нормальному размножению дрожжей и полному выделению коагулируемых белков.
Полное осветление сусла при охлаждении устраняет трудности, возникающие при осветлении сусла в процессе главного брожения, а также предотвращает развитие диких дрожжей, помутнение и инфицирование пива. В процессе охлаждения сусло необходимо предохранять от контаминации, из-за которой резко снижается качество пива. Степень контаминации зависит не только от зараженности воздуха, но и от продолжительности охлаждения. При медленном охлаждении сусло инфицируется в большей степени.
Микроорганизмы воздуха находят в сусле превосходные условия для развития, быстро размножаются и портят сусло. Пока сусло находится при высокой температуре, эта опасность невелика, так как микроорганизмы или погибают, или сильно ослабевают. Но как только сусло достигнет температуры около 50°С, опасность контаминации сусла увеличивается, поскольку эти "средние" температуры как раз наиболее благоприятны для развития многих микроорганизмов.
Физико-химические процессы при охлаждении и осветлении сусла
В сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии грубого осадка и тонких взвесей (суспензий). При понижении температуры они осаждаются. Горячее сусло, соприкасаясь с кислородом воздуха, увеличивает свой окислительный потенциал, что приводит к коагуляции и осаждению белков. Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 6–7°С.
Грубый осадок адсорбирует в значительных количествах железо, медь и другие тяжелые металлы и тем самым предохраняет от их вредного действия дрожжи и пиво, в котором они могут быть причиной коллоидного помутнения.
С понижением температуры (ниже 60°С) прежде прозрачное сусло начинает мутнеть. Часть веществ, которые хорошо растворялись в горячем сусле, становятся нерастворимыми и выделяются в холодном сусле. Наступающее помутнение обусловлено наличием мельчайших частиц диаметром примерно 0,5 мкм. Тонкий осадок на 35% состоит из дубильных веществ и на 65% из β-глобулина.
Особенно важно выделить из сусла белково-дубильные соединения. Если белково-дубильные соединения остаются в сусле, поступающем на брожение, то сусло приобретает опалесцирующий или мутный вид. При попадании этих соединений в аппараты дображивания в пиве возникает помутнение, которое трудно устранить.
Сусло поглощает кислород физическим и химическим путем. Растворение кислорода начинается с понижения температуры сусла. Кислород растворяется до достижения насыщения. Физическое связывание кислорода наиболее эффективно проходит:
-при низкой температуре;
-слабой концентрации сусла;
-перемешивании;
-тонком слое его.
Химическое связывание кислорода осуществляется, главным образом, при высоких температурах и затрачивается на окисление органических веществ. Химическое связывание кислорода зависит от:
-температуры – при высоких температурах (около 85°С) химически связывается в 2 раза большее количество кислорода, чем при температуре около 45°С;
-от концентрации сусла – при более высоких температурах менее концентрированное сусло (9–11%) поглощает почти столько же кислорода, сколько и концентрированное (14–16%); при средних температурах (около 45°С) менее концентрированное сусло поглощает кислорода значительно меньше, чем концентрированное; чем движение сусла интенсивнее, тем больше связывается кислород.
Происходящее во время охлаждения химическое связывание кислорода не очень велико, гораздо меньше, чем в процессе кипячения сусла с хмелем. При высоких температурах кислород расходуется на окисление органических веществ (мальтозы, глюкозы, фруктозы, азотистых соединений, горьких веществ и хмелевых смол, танина). При окислении глюкозы образуется глюконовая кислота, при окислении фруктозы – муравьиная, щавелевая и винная кислоты. В течение 1ч 1дм3 сусла способен химически связать 6,4 мг кислорода.
Ниже 40°С практически никакого окисления в сусле не происходит. Вследствие окислительных процессов сусло становится несколько темнее, а хмелевой аромат и хмелевая горечь значительно ослабляются, что особенно нежелательно при приготовлении сусла для светлых сортов пива.
Растворение кислорода, необходимого для дрожжей, возможно лишь при низкой температуре, в сусле оно начинается с температуры ниже 40°С.
Сусло с температурой 20–40оС является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры, так как эти условия наиболее оптимальны для размножения вредных для пива микроорганизмов (сарцин, уксуснокислых, молочнокислых и др. бактерий). При брожении, когда в сусло будут введены дрожжи, возможность инфицирования уменьшается. Для предотвращения инфицирования сусло нужно быстро охладить до установочной, начальной температуры брожения 6–7°С.
Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого количества воды, что приводит к уменьшению его объема и повышению концентрации.
Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.
Физическое поглощение кислорода по время охлаждения довольно значительное и зависит от тех же факторов, что и химическое связывание: от температуры – с понижением температуры увеличивается способность поглощения; от концентрации сусла – менее концентрированное сусло поглощает больше кислорода, чем более концентрированное; от интенсивности движения сусла – чем эффективнее перемешивание сусла, тем сильнее физическое связывание кислорода (перемешивание больше способствует поглощению, чем продолжительное продувание воздуха над суслом); от высоты слоя сусла – чем тоньше слой, тем сильнее физическое связывание кислорода.
Количество физически связанного кислорода увеличивается в сусле по пути к бродильному отделению, в результате смешивания его с воздухом, находящимся в трубах, и дальнейшего растворения его в сусле в бродильных аппаратах. Кислород необходим для брожения. Чем больше обогащается им сусло, тем интенсивнее размножение дрожжей и тем выше степень сбраживания.
Выделение взвесей. Непосредственно после фильтрования сусло сравнительно прозрачно, но при кипячении оно снова становится мутным. В нем выделяются свертывающиеся от нагревания белки в виде более или менее крупных хлопьев; по окончании кипячения сусло становится опять сравнительно прозрачным, вернувшиеся белки задерживаются вместе с остатками хмеля при его отделении от сусла.
При охлаждении наряду с белками тонкой взвеси выпадают и другие вещества. Причиной их выделения являются изменение температуры и вызванное этим изменение растворимости. Это относится к горьким хмелевым веществам, которые после перехода их во время кипячения в смолы находятся в горячем сусле в виде пересыщенного раствора, в связи с чем при охлаждении они должны выделяться в осадок.
В зависимости от способов внесения хмеля, степени кипячения и кислотности сусла, количество горьких веществ, выпадающих вместе с отстоем в осадок в виде адсорбированных соединений, может достигать 20–60% имеющихся в хмеле горьких веществ. Провести охлаждение необходимо таким образом, чтобы добиться полного выделения всех этих веществ. Особенно важно выделить в виде крупных хлопьев соединения белков с дубильными веществами.
Грубый осадок состоит из белковых веществ (50–60%), хмелевых смол, других органических веществ, особенно флобафена (20–30%), и зольных веществ (3–30%). В золу осадка входят ангидриды кремниевой (18–34%) и фосфорной (7–34%) кислот, оксид меди (13–37%), оксида железа (17–18%), оксид алюминия (1,8–21%) и оксид кальция (3,6–15%). С грубым осадком в значительных количествах адсорбируются железо, медь и другие тяжелые металлы, что предохраняет дрожжи и пиво от их вредного действия. В пиве содержание металлов может стать причиной коллоидного помутнения.
2. Способы и технологические режимы сушки солода. Основные факторы, влияющие на скорость сушки и качество солода
Основные факторы, влияющие на скорость сушки и качество солода.
Влажность солода в процессе сушки снижается с 44—46 до 3,5—4,5%. Такое количество влаги должно быть удалено при сушке светлого солода за 24, а темного за 48 ч.
Физически процесс удаления влаги состоит из трех стадий:; стадия свободной влаги с нижним пределом около 20%, промежуточная стадия, находящаяся между 20 и 12%, и стадия связанной влаги — ниже 12%. При сушке солода влага (свыше 12%) испаряется свободно, для удаления же связанной влаги требуются высокие температуры.