66431 (Технологія виробництва пива), страница 2

1.7. Характеристика виробництва світлого пива

Пиво - це слабоалкогольний пінистий напій, одержаний із пророслих і непророслих зернових культур спиртовим зброджуванням охмеленого сусла пивними дріжджами. Воно не тільки вгамовує спрагу, а й підвищує тонус організму, поліпшує обмін речовин та засвоюваність їжі. Маючи певну харчову цінність, пиво слід розглядати як невід'ємну добавку до харчування. Пиво являє собою досить складну систему органічних і неорганічних кристалоїдів та колоїдів у слабкому водно-спиртовому розчині. До його складу входять більш як 400 сполук, що визначають високу якість і необхідність для людини цього продукту. Насамперед якість пива повинна задовольняти вимоги та смак споживача. Це аромат і смак пива, хмелева приємна гіркота та колір, прозорість, пінистість, стійкість піни і напою при зберіганні. Найбільш цінними у пиві є гіркі речовини хмелю, які надають йому своєрідної приємної гіркоти, сприяють піноутворенню та біологічній стійкості. Особливу роль в освітленні сусла при формуванні повноцінного неповторного смаку пива відіграють поліфеноли хмелю. Вони впливають на повноту та чистоту смаку напою, його стабільність і колір. Специфічний приємний хмелевий аромат і смак пива створює ефірна олія хмелю. Маючи антибіотичні властивості щодо бактерій, гіркі речовини не діють негативно на пивні дріжджі, необхідні для здійснення процесу бродіння.

Протягом останніх сторіч пиво ніколи не було причиною ожиріння чи алкоголізму. Воно, як і вино, вживане у помірній кількості, є навіть засобом боротьби з алкоголізмом та ожирінням.

Характеризуючись високою насиченістю діоксидом вуглецю (СО2), цей напій не тільки вгамовує спрагу, а й підвищує загальний тонус організму людини, тобто має профілактичне значення. Пиво також посилює апетит. Енергетичність (калорійність) 1л його досить висока - 1676 - 3352 кДж (400-800 ккал), а потреба дорослої людини в енергії становить 10475 - 12570 кДж (2500 - 3000 ккал). Майже половина цієї енергетичності припадає на вуглеводи та білки, а половина - на спирт. Однак, незважаючи на високу енергетичність, пиво не вважають продуктом харчування, оскільки лише частина речовин, що містяться у ньому, бере участь у побудові тканин організму людини. Спиртне є живильним середовищем, бо не може брати участі в побудові нових тканин. Крім того, пиво - добрий емульгатор їжі. Його колоїди, діючи емульгуючим і диспергуючим чином у травному каналі, збільшують поверхню ферментативних процесів та контакт їжі із стінками кишечнику. Це сприяє поліпшенню обміну речовин і підвищенню коефіцієнта засвоювання їжі. Разом із тим потрібно зазначити, що пиво містить багато цінних речовин, які сприяють добрій роботі травного каналу і відіграють важливу роль в обміні речовин. Діоксид вуглецю надає пиву характеру освіжаючого напою, а гіркі речовини хмелю сприяють виділенню жовчі та поліпшують процес травлення.

Основною сировиною для виробництва пива є ячмінний солод (пророщений і висушений у спеціальних умовах). Ячмінь порівняно з іншими зерновими культурами, які використовують у пивоварінні, має суттєві переваги: росте практично повсюди, невибагливий до грунтово-кліматичних умов; легко переробляється при одержанні солоду; оболонки подрібненого ячмінного солоду розпушують шар дробини, що забезпечує добре фільтрування сусла при розділенні затору; склад ячмінного солоду, включаючи його ферменти, дає можливість одержати пиво з найкращими якісними показниками. Ячмінь належить до родини злакових. Культурні посівні ячмені становлять один збірний вид - Hordeum sativum. Суцвіття являє собою колосок, що складається з тонкого колінчастого стрижня, з обох боків якого розміщується по три квітки на кожному його виступі. За морфологічними ознаками ячмінь є дворядний і багаторядний. У дворядного ячменю зерно розвивається не з кожної квітки, а тільки із середньої на кожному боці стрижня. У шестирядного з кожної квітки розвивається по одному зерну, тобто в три ряди на кожному боці колоскового стрижня. Шестирядний ячмінь має два підвиди: правильно шестирядний, у якого ряди зерен розміщені під кутом 60 градусів, і неправильно шестирядний, що називається чотирирядним, у якого бокові зерна зрушені, поперечний розріз колоска має вигляд чотирипроменевої зірки. Залежно від часу висівання ячмінь буває ярий та озимий. Дворядні ячмені переважно ярі, а шестирядні - як озимі, так і ярі. Зерно перших порівняно з другими за розмірами крупніше й більш вирівняне. Довжина зернівки ячменю - 10 мм і більше, ширина і товщина - 3 - 4 мм. Хімічний склад ячменю залежить від сорту, району вирощування, метеорологічних і ґрунтових умов, масового співвідношення окремих частин зерна. Так, маса зародка коливається від 2,8 - 5%, квіткових плівок - від 6 до 17%. За масою зерна його складові компоненти розподіляються нерівномірно. В ендоспермі міститься найбільша кількість вуглеводів, алейроновому шарі ендосперму і зародка - багато білка і жиру, в оболонках - сирої клітковини. На 80 - 88% ячмінь складається із сухої речовини і 12 - 20% у ньому становить вода. Суха речовина представлена органічними і неорганічними речовинами. Органічні речовини - це в основному вуглеводи й білки, а також жири, поліфеноли, органічні кислоти, вітаміни тощо. Неорганічні - фосфор, сірка, кремній, калій, натрій, магній, кальцій, залізо, хлор. Деяка частина їх зв'язана з органічними сполуками. Середній хімічний склад ячмінного зерна характеризується такими даними, відсотків на суху речовину: крохмаль 45 - 70; білок (N помножено на 6,25) 7 - 26; пентозани 7 - 11; сахароза 1,7 - 2; целюлоза 3,5 - 7; жир 2 - 3; зольні елементи 2 - 3. Вуглеводи. В ячмені в основному переважають водорозчинні цукри та полісахариди. До останніх відносять крохмаль і некрохмальні полісахариди: целюлозу, геміцелюлозу, гумі- та пектинові речовини.

Основна частина полісахаридів представлена крохмалем, який витрачається зерном при пророщуванні на початкових стадіях розвитку зародка. Крохмаль відкладається в клітинах ендосперму у вигляді крохмальних зерен. Які мають пошарову структуру і складаються з окремих кристалічних елементів - міцел, що утворюють ряд сферокристалів. Азот, що міститься в ячмені у всіх формах, називають загальним. Він складається з білкового й небілкового. Білковий - це азот, що входить до складу аміногруп. Небілковий азот - сумарний вміст амідного, амонійного та мінерального. Небілкового азоту в ячмені дуже мало. Амінний - це азот амінокислот, представлений групою NН2 Амідний азот у ячмені утворюється при заміщенні гідроксилу в органічній кислоті на аміногрупу, коли утворюється сполука, що містить групу CONH2 і називається амідом кислоти. Крім того, у ячмені виявлено амонійний азот у формі солей органічних кислот і мінеральний - у вигляді солей азотної кислоти. Для технологічної оцінки ячменю важливі такі визначення: розчинний азот - азот водорозчинних білків і продуктів їхнього розкладу. Амінокислот, амідів, аміачний та амінний азот і коагулюючий - частина азоту, яка входить до білкових речовин, що коагулюють при нагріванні.

Жири (ліпіди). В ячмені жири представлені жирними кислотами, гліцериновмісними ліпідами й ліпідами, які не містять гліцерину. Жири розчиняються в етиловому та петролейному ефірах, бензолі й хлороформі. Жир являє собою жовто-буру олію з тонким ароматом, у якій при тривалому відстоюванні утворюються кристали. В ячмінному зерні жир розподіляється таким чином: 2/3 в алейроновому шарі, 1/3 у зародку. Невелика частина його при пророщуванні зерна гідролізується ліпазою, а через те що при сушінні солоду ліпаза інактивується, основна частина жиру переходить у дробину. У вільному вигляді жирні кислоти присутні в незначній кількості (0,1%).

Мінеральні речовини. Загальний вміст і співвідношення окремих мінеральних речовин залежать від грунтово-кліматичних умов та кількості добрив, внесених у грунт, вміст мінеральних речовин визначають у золі ячменю в такому складі: P2O5 - 35% ;K2O - 21 ; SiO2 - 26 ; MgO - 8 ; CaO - 3 ; Na2O - 2,5 ; SO3 - 2 ; Fe2O3 - 1,5 ; Cl - 1%. Ферменти - природні каталізатори білкового походження, які утворюють проміжні сполуки з субстратом, потім цей фермент - субстратний комплекс - зазнає змін й утворюються нові продукти, а фермент регенерується. Ферменти - це білки з молекулярною масою від 10000 до 1000000 і високою ефективністю дії: одна молекула може каталізувати перетворення 100 - 1000000 молекул субстрату за 1 хв.

Вітаміни. Вперше вітаміни були відкриті у 1880 р. російським вченим М. І. Луніним. Вони являють собою органічні речовини, необхідні для нормальної життєдіяльності організму. Виявлені в клітинах зародку та алейронового шару. Вміст вітамінів у ячмені характеризується такими даними, мг на 100г сухої речовини: В1 (аневрин) 0,12 - 0,74 ; В2 (рибофлавін) 0,1 - 0,37 ; В6 (піридоксин) 0,3 - 0,4 ; нікотинова кислота 8 - 15. Поряд із зазначеними в ячмені виявлені вітаміни С, Н (біотин), фолієва і пантотенова кислоти. Деякі вітаміни входять до складу ферментів, активізуючи їхню дію, й у цьому надзвичайно важливе значення вітамінів як біологічно активних речовин.

Технологія Пивного Сусла. Пивне сусло - це основний напівфабрикат для виготовлення пива, який являє собою полідисперсну систему з вмістом цукристих, білкових та хмелевих речовин. Найважливішим технологічним процесом при приготуванні сусла є перетворення в результаті ферментативних реакцій нерозчинних компонентів солоду і його замісників (ячмінь, пшениця, рис, кукурудза, сорго та інші зернові культури) у розчинний екстракт.

Приготування пивного сусла складається з п'яти основних технологічних стадій:

• Підготовка зернопродуктів (очищення, сортування, подрібнення).

• Переведення екстрактивних речовин зернопродуктів (крохмаль, білки та ін.) у розчин, тобто сусло,в результаті приготування затору (затирання).

• Фільтрування затору (відокремлення сусла).

• Кондиціювання (охмелення) сусла кип'ятінням його з хмелевими препаратами.

• Освітлення й охолодження сусла.

Глибокі знання технологічних процесів при приготуванні сусла, їх оптимізація і відповідне забезпечення в удосконалених апаратах та машинах дають змогу одержати високоякісне охмелене сусло і в подальшому - чудове пиво. Солод , ячмінь та інші несолоджені матеріали, які використовують для одержання сусла, складаються із зернових оболонок і ендосперму, що мають різні фізичні й хімічні властивості. Технологічне призначення цих двох компонентів сировини різне. Оболонки (квіткові плівки, плодова й насіннєва) зерна складаються з целюлози з інкрустованим у ній лігніном, таніном і зольними речовинами (в основному окислами кремнію), а також із геміцелюлози та пектинових речовин. Оскільки целюлоза нерозчинна у воді, вона в процесі затирання не змінюється, а наявні в оболонці дубильні, гіркі та зольні речовини (розчинні у воді), переходячи в розчин, негативно впливають на смак і колір сусла та смак готового пива. Класична технологія пива передбачає мету - в найбільшій мірі зберегти цілісність оболонок, щоб зменшити перехід цих речовин у розчин. При тонкому помелі зерна сповільнюється фільтрування затору внаслідок сильного ущільнення лузги в фільтраційному апараті. Вологість солоду впливає на еластичність оболонки і величину її часточок у процесі розмелювання: при вологості 3% часточки дрібні, вище 6% - оболонка протидіє тиску вальців, зменшуючи кількість борошна. Оптимальною для розмелювання зерна є вологість 6% і дещо вища. При тонкому помелі не можна повністю відокремити екстракт дробини, що вимивається. У разі, коли намагаються перейти до безперервного процесу одержання пивного сусла, перед затиранням оболонки відокремлюють від зернівки. Це також необхідно робити, якщо замість частини солоду використовують ячмінь. При здійсненні безперервної технології сусла треба найтонше подрібнювати ячмінь, щоб одержати з нього помел у вигляді борошна. При подальшій переробці такого борошна або не потрібне фільтрування затору, або його слід проводити на фільтрпресах.

У першому випадку відбуваються повний гідроліз і подальше розчинення всієї сухої речовини, у другому - залишається нерозчинною лише невелика частина сухої речовини солоду та ячменю, яку відокремлюють від затору на фільтрпресах. Ферментативні процеси в ячмінному зерні при солодорощенні відбувається від зародка до кінчика зерна, в якому речовини розчиняються пізніше. Відповідно й розподіл ферментів в ендоспермі неоднаковий: періферія його багатша на ферменти, ніж середина. В ендоспермі завжди є менш розчинні й більш тверді часточки, що чинять опір при подрібненні, а тому гірше розмелюються.

Раси пивних дріжджів. Розрізняють сильно- і слабозброджуючі дріжджі. Перші здатні зброджувати мальтодекстрин (альфа і бета-ізомальтозу), чого не можуть другі. Більшість дріжджів верхового і низового бродіння належать до типу Фроберг, слабозброджуючі - до типу Заац. Ступінь зброджування сусла дріжджами Фроберг значно вищий, ніж дріжджами Заац. Пивні дріжджі завжди повинні бути мікробіологічно чистими, пластівцеподібними, швидко зброджувати сусло й осідати на дно, утворювати чисте освітлене прозоре пиво з повним смаком і ароматом. У пивоварінні широко застосовують дріжджі раси 776 - середньозброджуючі, за період головного бродіння на суслі концентрацією 11% сухої речовини синтезують 2,7% етанолу. Клітини яйцеподібної форми, завдовжки 8 - 10 і завширшки 5 - 6 мкм. Біомаса збільшується приблизно в п'ять разів від уведеної кількості, здатність до освітлення задовільна. У колишньому ВНДІ напоїв і мінеральних вод із виробничих дріжджів виділені й відселекціоновані раси 11, 41, 44. Із них дріжджі раси 11 - сильнозброджуючі з високою здатністю до освітлення. Пиво, одержане з їх використанням, приємного смаку. Дріжджі рас 41 і 44 - середньозброджуючі, з високою здатністю до осадження та освітлення. Пиво з ними має м'який, повний і чистий смак. Дріжджі рас S і Р (львівська раса) - середньозброджуючі, з високою здатністю до осадження та освітлення пива. Смак і аромат пива добрі. Дріжджі раси F (чехословацька раса) - швидко- й сильнозброджуючі, освітлення пива добре, смак приємний. Дріжджі раси 8а (М) сильнозброджуючі, добре освітлюють пиво, глибоко його зброджують й зумовлюють приємний смак. Нова німецька раса дріжджів 34-N прискорює процес бродіння і має високу здатність до освітлення пива (міцність його може досягати 8,5% об. при концентрації сусла 18% сухої речовини). Дріжджі верхового бродіння застосовують рідше і в основному для одержання темних або спеціальних сортів пива. Дріжджі штаму 191-К використовують для виготовлення спеціальних солодких темних сортів пива, зокрема Оксамитового. Вони не зброджують лактозу та рафінозу. У виробництві пива з метою поліпшення його аромату й смаку застосовують змішані раси дріжджів або здійснюють бродіння різними расами з наступним змішуванням молодого пива в апаратах доброджування. Механізм Спиртового Бродіння. Процес спиртового бродіння являє собою перетворення вуглеводів у результаті метаболізму дріжджів в етанол і діоксид вуглецю й виражається рівнянням Гей-Люссака: Із 180г глюкози можна одержати 92 г етанолу та 88 г діоксиду вуглецю. Однак поряд із цими первинними продуктами утворюються побічні вторинні продукти - гліцерин, янтарна кислота, вищі спирти, альдегіди, біомаса дріжджів та ін. Отже , з глюкози утворюється не 92 г, а 87 г етанолу. При розпаді 1 моля моносахариду в процесі анаеробного бродіння звільняється близько 84 кДж (20 ккал) енергії за рахунок біохімічного перетворення його і до 17 кДж (4 ккал) за рахунок тепла розчинення синтезованого етанолу у воді. Це набагато менше, ніж при аеробному бродінні з повним окисленням вуглеводів й утворенням води і діоксиду вуглецю. У класичній технології з давніх часів дотримуються двоступеневого бродіння, за яким відразу після головного бродіння (перший ступінь) молоде пиво звільняється від основної маси дріжджів, охолоджується і доброджує (другий ступінь), а також дозріває.