Разработка стратегии модернизации производства пива на малом предприятии (стр. 3 из 14)
Брожение и дображивание пива происходит в одном аппарате ЦКБА (цилиндрическо-конический аппарат). В процессе брожения в ЦКБА благодаря большому единичному объему аппарата, совмещению главного брожения и дображивания в одном сосуде, использованию повышенных температуры брожения и объема посевных дрожжей продолжительность процесса сокращается примерно в два раза. Способ ускоренного брожения в ЦКБА продолжается в течении 14 суток вместо положенных 28 при обычном периодическом способе брожения.
После дображивания (выдержки) пиво поступает на фильтрование в диатомитовый фильтр – пресс, предназначенный для отделения от пива дрожжевой взвеси и хлопьевидных осадков. Пиво, проходя через слои специального картона с намывным порошком кизельгура, а затем только через картон, осветляется наиболее эффективно и полно.
После фильтрования пиво сразу же разливается либо в кеги, либо в стеклянные бутылки и поступает на реализацию, то есть пиво не проходит такой дополнительной обработки как пастеризация. Это предусмотрено для сохранения истинного, «живого» вкуса пива.
Для сбраживания пивного сусла используются дрожжи низового брожения. Дрожжи верхового брожения, как правило, применяют при производстве темного пива и для некоторых сортов светлого пива. Традиционно в нашей стране на пивоваренных заводах используют низовое брожение, позволяющее обогатить пиво углекислым газом. Кроме того, низовые дрожжи, оседая в конце процесса брожения на дне бродильного аппарата, находятся в более стерильных условиях, чем дрожжи верховые, скапливающиеся в виде пены. Это позволяет использовать низовые дрожжи до восьми и более регенераций.
3.2 Физико-химические, биохимические и микробиологические основы производства
3.2.1 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 α – 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. α – 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 α – 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 α–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 α –1,4–связей и α–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 α – амилазы (происходит интенсивное образование декстринов);
в) максимальная температура осахаривания затора (76 – 78 0С), соответствующая перекачке заторной массы в фильтрационный чан (активна только α – 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.
β - Глюкан представляет собой соединение, входящее в состав клеток ячменного зерна наряду с белковыми веществами, целлюлозой и гемицеллюлозой. Высокомолекулярный β - глюкан имеет склонность к гелеобразованию при определенных условиях, способен вызвать повышение вязкости пива и препятствовать последующему фильтрованию затора. Бахромчатые мицеллы β - 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-β-глюканаза может расщеплять сшитые бахромчатые мицеллы на β - глюкан (оптимальная температура составляет 45 – 50 0С). Удлинение паузы при оптимальной для действия указанного фермента температуре большая часть β - 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.