Хмель – вьющееся многолетнее растение, относящееся к семейству коноплевых. 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.

Технологические основы производства пива

Очистка солода предусматривает его полировку для удаления пыли и остатков ростков, а также металлических примесей.

Дробление солода проводят для интенсификации физических и биохимических процессов растворения зерна при затирании, а также обеспечения фильтрования затора через слой дробины.

Приготовление сусла включает в себя следующие процессы: затирание сырья, фильтрование затора, кипячение сусла с хмелем и отделение хмелевой дробины.

Затирание осуществляют в целях перевода в растворимое состояние максимального количества экстрактивных веществ солода и несоложеных материалов.

Цель фильтрования затора – отделение жидкой фазы (сусла) от твердой (дробины) с последующим вымыванием водой экстракта, удержанного дробиной.

Кипячение сусла с хмелем предусматривает концентрировавние сусла до заданной массовой доли сухих веществ в начальном сусле, перевод ценных составных веществ хмеля в раствор, инактивацию ферментов, коагляцию белковых веществ и стерилизацию сусла. Для подготовки сусла к осветлению и охлаждению его отделяют от хмелевой дробины, чтобы исключить отрицательное влияние ее на цвет и вкус пива.

Осветление и охлаждение сусла проводят для выделения из него взвесей, насыщения кислородом и снижения температуры до начальной температуры брожения.

Главное брожение сусла осуществляют с целью расщепления дрожжами основного количества углеводов с образованием этилового спирта, диоксида углерода, побочных продуктов брожения я формирования оптимального состава молодого пива.

Дображивание молодого пива предусматривает естественное насыщение его диоксидом углерода в результате сбраживания оставшегося количества углеводов, образование специфических ароматических веществ, осаждение дрожжей, взвесей, белков, полифенольных соединений.

Осветление пива проводят для того, чтобы удалить вещества, ухудшающие прозрачность и стойкость пива.

Розлив пива осуществляют для получения готового продукта в виде бутылочного, баночного или бочкового пива.

Очистка солода

Ячменный сухой солод после хранения содержит некоторое количество пыли, остатки ростков, случайно попавшие металлические частицы и другие примеси, наличие которых может ухудшить качество пива. Поэтому отлежавшийся солод очищают. Очищенный солод полируют. Далее солод взвешивают на автоматических весах и направляют в дробилку.

Дробление солода

Биохимическим процессам растворения при затирании солода предшествует механический процесс дробления, который необходимо проводить очень тщательно, так как от состава помола во многом зависит выход экстрактивных веществ. Решающее значение имеет содержание в дробленном солоде шелухи(оболочки), крупной и мелкой крупки, муки, мучной пудры. Растворимые составные части легко переходят в воду, а нерастворимые разлагаются под действием ферментов. Чем тоньше помол, тем полнее извлекаются экстрактивные вещества. Однако при очень тонком помоле происходит значительное измельчение оболочки зерна, в результате чего в фильтрационном аппарате создается плотный слой, что затрудняет фильтрацию и извлечение экстрактивных веществ из дробины. Кроме того, при значительном измельчении из нее извлекаются дубильные и горькие вещества, ухудшающие качество пива. Поэтому необходимо более тонко измельчать эндосперм зерна и минимально нарушать целостность оболочки.

Отечественные ученые рекомендуют следующий состав (%): оболочка –18…25, крупная крупка – 8…12, мелкая крупка – 30…40, мука – 25…30. В муке не должно содержаться более 10% пудры. Разбитая оболочка и высокое содержание муки могут быть причинами увеличения продолжительности фильтрования затора.

Приготовление пивного сусла

Получение пивного сусла состоит из процессов приготовления затора, фильтрования его, кипячения сусла с хмелем, осветления и охлаждения сусла.

Приготовление затора

Процесс приготовления затора называют затиранием. Смесь дробленых зернопродуктов с водой, предназначенных для затирания, называют затором, массу зернопродуктов, загружаемых в заторный аппарат, – засыпью, количество воды, расходуемое на приготовление затора, – наливом.

Главные биохимические процессы при затирании – осахаривание и протеолиз. Простым выщелачиванием из общего количества сухих веществ дробленого солода извлекается только 15…18% экстрактивных веществ, в состав которых входят 7,5…10% сахаров, 1…1,5% пентозанов, в том числе пентозы (ксилоза, арабиноза), 2,5…4,0% низкомолекулярных продуктов распада белков, 0,3…0,5% пектина, до 0,4% дубильных и горьких веществ и почти все неорганические вещества.

На протекание технологических процессов при затирании влияют следующие факторы: температура и рН среды, продолжительность проведения биохимических реакций, концентрация затора.

При затирании происходят ферментативные и физико-химические процессы, от которых зависит качество сусла и пива. Главную роль в формировании физико-химических и органолептических показателей пива играют ферментативные процессы расщепления крахмала и белков.

Настойный (инфузионный) и отварочный (декокционный) способы затирания. Эти два способа наиболее часто применяют на пивоваренных заводах. Общим для этих способов является выдержка затора при следующих температурах: 45…52 °С – для расщеплена веществ; 62…63 °С – для образования мальтозы; 70…72 °С – для осахаривания крахмала; 76…78 °С – для доосахаривания крахмала и перекачивания на фильтрование.

Настойный способ заключается в том, что дробленый солод смешивают с водой и полученный затор постепенно нагревают с паузами для оптимального действия ферментов. Затирание начинают при 40 °С и выдерживают 30 мин. Температуру затора повышают до 63 °С и выдерживают 30 мин, а затем подогревают до 70 °С и выдерживают 30 мин. Далее затор подогревают до 72 °С и выдерживают до окончательного осахаривания. Осахаренный затор нагревают до 76…77 °С и перекачивают на фильтрование.

Отварочный способ состоит в том, что отдельные части затора – отварки – подвергают нагреванию при определенных температурах, кипятят и затем смешивают с остальной частью затора.

Фильтрование затора

Фильтрование затора производят следующим образом. В вымытый аппарат укладывают сита и заполняют подситовое пространство водой температурой 75…78 °С для вытеснения воздуха и создания сплошного слоя жидкости под ситчатым дном; ситчатое дно должно быть покрыто водой на 1,0…0,5 см. Далее затор при непрерывном размешивании перекачивают в фильтрационный аппарат. Для того чтобы дробина расположилась равномерно поверхности сит фильтрационного аппарата, разрыхлительный механизм во время перекачивания затора находится в движении; затем его поднимают, производят несколько оборотов для выравнивания поверхности дробины и выдвигают по вертикали из дробины полностью.

Температура затора при фильтровании 75…78 °С. Скорость фильтрования регулируют степенью открытия кранов; последние должны быть открыты на 0,25 поперечного сечения. При более полном открытии кранов возможно создание разрежения под ситами и вследствие этого засасывание верхнего теста в дробину или воздуха через краны под сита, что приводит к уменьшению скорости фильтрования или даже к прекращению его.

В дробине остается значительное количество экстрактивных веществ. Для извлечения их дробину промывают водой температурой 78…80 °С. Промывание начинают тогда, когда подситовое пространство еще заполнено первым суслом. Для более полного извлечения экстрактивных веществ дробину размешивают разрыхлительным механизмом.

Получение охмеленного сусла

Технологическая схема производства охмеленного сусла предусматривает выполнение следующих операций: кипячение сусла с хмелем; отделение хмелевой дробины; осветление и охлаждение сусла.

Кипячение сусла с хмелем

Первое сусло и промывные воды из фильтрационного аппарата поступают в сусловарочный аппарат, где поддерживается температура 63…75 °С. при температуре не выше 75 °С сохраняется часть а-амилаз в активном состоянии, поэтому может осахариваться крахмал, перешедший в сусло после промывания дробины водой. По окончании набора проверяют полноту осахаривания сусла по йодной пробе. При неполном осахаривании добавляют вытяжку из следующего затора, сусло выдерживают до полного осахаривания. Хмель задают в сусловарочный аппарат как в начале кипячения, так и в течение всего процесса. Сусло начинают кипятить после набора всего его количества из фильтрационного аппарата. Продолжительность кипячения сусла с хмелем 1,5…2 ч. Кипячение сусла производят интенсивно, благодаря чему обеспечиваются быстрое свертывание белков и лучшее использование горьких веществ хмеля. Кипячение сусла можно производить при атмосферном или при небольшом избыточном (0,02 МПа) давлении. В последнем случае процесс проводят в герметически закрытом варочном котле в течение 1 ч. Затем подачу пара прекращают и постепенно за 1 ч снижают давление до атмосферного, при этом сусло в котле продолжает кипеть. При кипячении сусла под небольшим избыточным давлением улучшаются коагуляция белков и извлечение хмелевых веществ, что дает возможность несколько снизить расход хмеля, кроме того, можно использовать образующийся вторичный пар для нагрева воды.

Об окончании кипячения сусла с хмелем судят по следующим показателям: массовой доле сухих веществ в сусле, а также прозрачности и хлопьеобразованию (коагуляции белков).

По завершении кипячения сусло направляют в хмелеотделитель. Последний представляет собой резервуар, снабженный вставным ситом, на котором задерживается хмелевая дробина. Дробину для извлечения остатков сусла промывают горячей водой (на 1 кг 6…7 л); промывные воды присоединяют к суслу.

Из хмелеотборного аппарата сусло подают на охлаждение.

Осветление и охлаждение сусла

Цель проведения процессов осветления и охлаждения – выделение или отделение, удаление крупных и мелких взвесей; достаточное насыщение сусла кислородом; охлаждение до температуры внесения дрожжей.

Основы процессов осветления и охлаждения сусла. Под действием силы тяжести выделяются взвешенные вещества. При быстром охлаждении осаждаются большинство взвесей горячего сусла и часть взвесей охлажденного сусла. Взвеси охлажденного cycла начинают интенсивно выпадать в осадок при температуре ниже 60 °С, а при более высоких температурах переходят в в противоположность взвесям горячего сусла. Высокое содержание взвесей охлажденного сусла может отрицательно сказаться на брожении из-за загрязнения дрожжевых клеток, а также на ухудшении вкуса и белковой стойкости пива. По этим причинам при температуре около 60 °С стремятся максимально отделить взвеси oxлажденного сусла.

При охлаждении также происходит насыщение сусла кислородом. Окислительные процессы под действием поступающего кислорода энергичнее протекают при более высокой температуре; сусло темнеет, резко понижаются хмелевой аромат и горечь. Эти явления нежелательны для качества сусла. Одновременно кислород cпособствует коагуляции белков и образованию осадка в сусле, благодаря чему оно лучше осветляется.

Для отделения крупных и мелких взвесей горячего сусла и взвесей охлажденного сусла предусматривают охлаждение сусла в стадии. В первой стадии сусло медленно охлаждают до 60 °С, второй – быстро до 4…6 °С при низовом или 14… 16 °С при верховом брожении.

Ведение главного брожения сусла

В пивоварении используют два типа брожения: низовое и верховое. Различия между ними обусловлены неодинаковыми свойствами дрожжей. Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживаемом сусле, быстро оседают по окончании брожения, образуя плотный слой на дне аппарата. Дрожжи верхового брожения всплывают на поверхность сбраживаемого сусла и в виде слоя пены остаются до окончания брожения.

Низовое брожение. Различают холодный и теплый режимы брожения.

При холодном режиме брожения предусматривают введение дрожжей в начальное сусло с массовой долей СВ 10… 13% при температуре 5…6 °С и дальнейшее протекание при предельной температуре 8…9 °С. Для начального сусла с более высокой массовой долей СВ предельная температура может достигать 11… 12 °С. При этом режиме брожения наблюдается постепенное размножение дрожжей и сбраживание экстрактивных веществ, а приготовленое пиво характеризуется хорошей пеностойкостью, тонким ароматом и полноноценным вкусом.

Теплый режим брожения протекает при 12…14 °С, а дрожжи вводят в начальное сусло температурой 8., 9 °С. Теплый режим применяют на заводах, имеющих небольшой цех брожения. Высокая температура способствует сокращению длительности брожения, выделению азотистых и горьких веществ. Приготовленное пиво имеет худшую пеностойкость, содержит меньше горьких веществ, чем пиво холодного режима брожения. Помимо этого пиво приобретает дрожжевой привкус и медленно дображивает.

Длительность процесса при холодном брожении 7…11 сут, при теплом – 5…6 сут.

Процесс главного брожения длится около 7…8 сут с момента введения дрожжей для сортов пива с массовой долей СВ в начальном сусле 10…13% и 9… 11 сут для пива с более высокой массовой долей СВ.

Сбраживание сусла при низовом брожении включает в себя три операции: наполнение бродильного аппарата начальным суслом; введение в него дрожжей; сбраживание сусла до получения молодого пива. Дополнительные операции – снятие деки и перекачивание молодого пива на дображивание, отбор и подготовка семенных дрожжей.

Верховое брожение. Начальная фаза процесса брожения проходит так же, как при холодном режиме брожения. Затем наступает период очень бурного образования высокой пены, что обусловливает заполнение бродильных аппаратов начальным суслом на 2/3 его объема. Брожение проводят при температуре от 14 до 20 °С, что позволяет в течение 4…6 сут провести процесс главного брожения. Для сбраживания сусла применяют дрожжи верхового брожения, которые задают из расчета 0,2…0,4 л/гл.

Верховое брожение осуществляют двумя способами: брожение в бродильных аппаратах, дображивание в аппаратах предварительного брожения; главное брожение в бродильных аппаратах, окончательное в аппаратах дображивания.

Дображивание и созревание пива

При дображивании в результате сбраживания остаточного экстракта молодого пива происходит естественное насыщение его диоксидом углерода. Сбраживание сахаров и созревание пива заканчиваются неодновременно. Сахара могут быть сброжены, а созревание часто еще продолжается. Поэтому процесс дображивания называют еще и процессом созревания пива.

При созревании происходят преобразование и удаление ароматических веществ, осаждение дрожжей, белково-полифенольных соединений и других взвесей.