Классическая технология производства пива включает следующие основные этапы: получение солода из ячменя, приготовление сусла, сбраживание сусла, выдержку (дображивание) пива, обработку и розлив пива. Это долговременный и сложный, который продолжается 60-100 дней и сильно зависим от квалификации пивовара, который его проводит. Не глядя на то, что составным сырьем являются одни и те же компоненты, качество пива, вырабатываемое разными предприятиями, различно [32].
Получение солода. В пивоварении солод выполняет роль основного источника не только активных ферментов, но и целого комплекса органических (прежде всего водорастворимых Сахаров) и минеральных веществ, который позволяет с участием этих ферментов получить пивное сусло, пригодное для сбраживания. От количества накопившихся в солоде простых сахаров, требуемых для брожения, тем активнее будет проходить сам процесс сбраживания и тем больше накопится спирта.
Пшеница, как сырье, всегда играла подчиненную роль в пивоварении, т.к. основное направление выращивания пшеницы - это мукомольная и
хлебопекарная подразделения отрасли пищевой промышленности [55]. Сельхозпроизводители, в большинстве своем, проводят упор на высокое содержание белка в зерне, а это не лучший показатель для производства пива. Из-за не прямого назначения, привычного для производителей хлеба, которые являются прямыми потребителями для производителей пшеницы, использования пшеницы в производстве пива, выводом новых сортов для пивоварения не занимаются [6]. Несоложеная пшеница достаточно редко используется в пивоварении, по причине того, что основной фракцией ее белка является проламин [7]. Именно этот белок при контакте с водой образует клейковину, которая трудно расщепляется ферментами и значительно усложняет фильтрацию затора. Не смотря на это, производство пшеничного солода и пива верхового брожения из него значительно расширяет итоговый ассортимент продукции и имеет своего непосредственного потребителя на рынке. Обычно предприятия, занимающиеся работой с солодом, принимают партии пшеницы, не подошедшие для хлебопечения по низкому содержанию белка. В частности, на большое количество показателей пшеницы, такие как, вязкость, наличие ?-амилазы, качество и количество сырого белка, уровень растворения белка и цвет прокипяченного сусла, непосредственно влияют факторы окружающей среды. Следующие показатели, как диастатическая сила, содержание готового к взаимодействию аминного азота и экстрактивность, обусловлены особенностями сорта пшеницы [9]. В большом количестве стран мира, совсем недавно, начала развиваться новая и инновационная технология производства продуктов питания, которая берет за основу такой фактов, базирующийся на переработке различных материалов в шнековых экструдерах . В представленном направлении эффективно использование холодной, теплой и горячей экструзии, которая занимается обеспечением интенсификации процесса переработки сельскохозяйственного исходного и, представленного к работе, сырья [21]. Экструзия включает в себя термо-, гидро-и механохимическую обработку сырья с конечным направлением на получения продуктов с отличными от базовой структурой и свойствами. Самое большое распространение выпало как раз на экструзию зерна [50]. Данный процесс представляет собой гидробаротермическую постобработку исходного материала и заключается в беспрерывном продавливании продукта, который прошел через этап размягчения, через отверстия, установленного для требований, сечения. В основополагающем направлении экструдирования лежат два следующих, зависящих друг от друга процесса: а именно, непосредственно, механохимическая дефрагментация с помощью способствующего оборудования и декомпрессионный шок, чаще называемый в этой сфере «взрывом», происходящий на участке ударного разрежения. Представленные процессы являются непрерывными и взаимозависящими, они осуществляются под воздействием деформативных напряжений и температуры при заранее установленных скоростях подвода и отвода тепла и оказываемого на них механического давления [50]. Экструзия зернового сырья, как процесс, несет за собой следующую цель: изменение углеводного комплекса сырья, повышения уровня клейстеризации белка внутри крахмала. В ходе экструзии проходит набухание крахмала в результате абсорбции влаги, а так же клейстеризация и декстринизация. Выявлень, что активность ферментов крахмала под влиянием, описанной экструзионной обработки, увеличивается, а именно это является следствием уменьшения размера зерен крахмала и увеличением активной поверхности крахмала, а также с деактивацией эндогенного ?-амилазного ингибитора. Зерновая экструзия злаковых дает возможно увеличить в них итоговый уровень ди- и моносахаридов до 15?%, а декстринов - более чем в 5 раз в сравнении с исходными образцами. Под прямым воздействием температуры и давления происходят изменения не только углеводы в зерне. Обработка экструзией также является катализатором к расщиплению белка, а из этого следует увеличение количества пептидов и свободных аминокислот, а получившееся высокое содержание аминного азота ускоряет процесс брожения и повышает конечную степень сбраживания. После изучения данного способа было выявлено, что от глубины изменений зависят все физико-химические свойства продуктов. В добавок к этому, в результате процесса экструзии происходит стерилизация, что способствует повышению финальной, выявленной при изучении готового образца, микробной безопасности экструдированного продукта. Представленные преимущества использования метода экструзионной технологии подготовки сырья для процессов пивоварения являются весьма актуальны и основополагающими для дальнейшего развития отрасли, а также имеют значение для получения высокопробного сырья, способного уменьшить, или значительно сократить, дефицит, представленного на рынке, солода, а также расширить итоговый ассортимент выпускаемой продукции.
Ячмень, который используется для приготовления солода, проходит замачивание в, предназначенных для этого процесса, чанах с водой температура которой колеблется от 12-17°С. В сырье, являющимся зерном, по степени возрастания влажности, происходит активация клеточных ферментов и ускоряются следующие за этим катализируемые ими биохимические процессы. В итоге, после этих процессов, это влечет за собой резкое повышение интенсивности процессов дыхания у зерна и ускорению распада полисахаридов в простые сахара, которые нужны для последующих биохимических процессов. Процесс замачивания приостанавливают на этапе достижения влажности зерна в размере 42-45% в случае производства светлого солода и на 45-47% - в случае темного [13].
Издержки, связанные с потерей сахаров во время процесса дыхания в период замачивания являются колеблющейся величиной в погрешности примерно 1,5-1,7%, при этом самую большую активность получают амилолитические и протеолитические процессы [11].
Чтобы замоченное зерно проросло, его направляют в специальные солодовни различных конструкций, такие как ящики или барабанные установки. Процесс солодоращения происходит при температуре от 15°С до 19°С и непосредственной и качественной прямой аэрацией зерна в течение следующих 5-8 суток [7]. Это веде к тому, что эндосперм зерна к концу соложения размягчается и без труда растирается за счет финального гидролиза крахмала ферментами амилазы, а гемицеллюлоз подвергается воздействием цитазой (ферментативный комплекс). В зерне, подвергаемом процессу проращивания, накапливаются растворимые сахара, такие как мальтоза, глюкоза, фруктоза и другие сопутствующие сахара, которые придают солоду слегка сладковатый вкусовой оттенок. Во время процесса гидролиза фитина таким ферментов как фитаза, происходит образование инозита и такой сопутствующей кальций-магниевой соли фосфорной кислоты. Наличие инозита в сусле влияет на стимуляцию жизнедеятельности дрожжей, а фосфорная кислота в дальнейшем определяет кислотность солода и сусла [7].
За счет активизации протеолитических процессов (протеиназ, пептидаз и амидаз) сложные комплексы азотистых соединений разрушаются водой с дальнейшим образованием растворимых белков, пептонов, аминокислот, аммиака.
В ходе процесса проращивания зерна, вместе с таким процессом как гидроли, протекают и сопутствующие ему процессы синтеза физиологически активных соединений. Так, в соложеном ячмене происходит накопление таких витаминов группы В, токоферолы, а также аскорбиновая кислота. Значительно возрастает содержание рибофлавина (до 210 мг на 100 г сухого вещества). В последующих процессах при химическом взаимодействии продуктов гидролиза с активными соединениями будет происходить образование новых, свойственных проросшему и высушенному зерну, ароматические и вкусовые веществ. По этой причине из сырого и неподготовленного (зеленого) солода нельзя получить пиво [3].
Для того, чтобы получилось придать необходимые свойства и хорошую сохраняемость, солод продолжительно сушат при различных режимах температур до достижения показателей остаточной влажности от 2 до 3,5%. Различные режимы температур и продолжительность сушки позволяют экспериментировать и получить солод с различными итоговыми показателями качества и соответствующими технологическими свойствами. Непосредственно от качества исходного солода зависит, в свою очередь, будет определяться тип производимого пива (светлое, полутемное, темное) [4].
Для конечной выработки отечественных сортов пива получают солод следующих видов: светлый, темный, карамельный и жженый.
Светлый солод становится таковым в процессе высушивания проросшего ячменя на протяжении 16 часов при беспрерывном повышении окружающей температуры с 25-30 до 75-80°С. С зависимостью от качества светлый солод делят на три следующих класса: высшего качества, первый и вторые сорта. В финальном своем виде он приобретает светловатый оттенок окраски, сладкий вкус, характерный солоду аромат, рыхлый и мучнистый эндосперм и очень возросшую способность к осахариванию. Его используют для большинства производимых сортов пива [50].
Для того, чтобы произошло получение темного солода, проросшее зерно сушат на протяжении 24-48 ч при более высокой температуре, достигающей порядка 105°С в конце процесса. У темного солода нет подразделения на классы. Помимо коричнево-желтой окраски темный солод отличается от светлого такими физико-химическими показателями , как хрупкость эндосперва, меньшая, в сравнении со светлым солодом осахаривающей способностью. Его используют для создания темных сортов пива [50].
Зависимость качества карамельного солода позволяет делить его на два следующих класса: первый и второй. В зависимости от окраски он может быть от светло желтого до буроватого с оттенком глянцевого отлива поверхности. Для производства карамельного солода используют сухой или зеленый солод с самым высоким содержанием сахаров, который проходит процесс обжаривания при температуре от 120 до 170°С. По причине того, что процесс обжаривания происходит при такой высокой температуре в солоде проходит карамелизация Сахаров, а также сопутствующие процессы Майара, то вид зерна на срезе представляет собой спекшуюся коричневую массу. Для карамельного вида солода не допускается законченное обугливание зерна.
Жженый солод это зерна темно-коричневого, без черного цветов и оттенков. Его производят из зеленого солода путем предшествующего увлажнения и последующего обжаривания при температурах от 210 до 260°С. В результате происходит формирование вкуса и запаха, напоминающего кофейный, без сопутствующего привкуса горелого и горечи. На вид зерна в разрезе представляет собой темно-коричневую, но не черную массу [50].
В течении процесса сушки и обжарки солода происходят зависящие друг от друга химические процессы с образованием специфических ароматических и красящих веществ. Происходящее накопление, в результате гидролиза, пентозы преобразуется в фурфурол и другие альдегиды и ароматические вещества, влияющие на конечный запах обработанного солода (ржаной корочки)[53]. Прошедшие окрашивание компоненты солода, это продукты разрушения сахаров в ходе процесса непосредственной карамелизации и меланоидинообразования, которые протекают с наибольшей интенсивностью при температурах выше 80°С. Меланоидины, которые обладают поверхностно-активными физическими свойствами, представляют из себя хорошие пенообразователи, по этой причине темные сорта пива дают более крепкую пену.
Солод после процесса сушки освобождают от ростков, по этой причине они придают ему гигроскопичность и горьковатый вкус за счет проявления алкалоида горденина. Необходимость проведения описанной операции связана и с тем, что в ростках происходит накопления аминокислоты, которая, попадая в сусло, является прямым источником образования ненужных сивушных масел при сбраживании. Солод становится окончательно готовым к использованию только после прохождения трехнедельной отлежки (дозревания) на складах [40].
Готовый проходящий процесс полировки, освобождаясь от остатков ростков и возможных загрязнений, пропускают сквозь магнитные аппараты, а затем попадает на солодовые дробилки. В зависимости от степени дробления солода, это влияет на дальнейшую скорость процесса осахаривания крахмала, а так же на уровень экстрактивности сусла и необходимую продолжительность фильтрования.
Приготовление сусла. Дробленый солод, а так же и при необходимости несоложеные материалы, смешивают вместе с горячей водой в следующем соотношении 1:4. Смесь, которую получили после этого, медленно перемешивают при беспрерывном статичном нагревании до температуры от 50 до 52°С в течение следующих 30 мин. Около 20% от растворимых веществ солода в ходе этого процесса, переходят непосредственно в раствор без ферментативной следующей обработки. Одновременно с этим происходит ферментативный гидролиз не растворимых в воде азотистых веществ и фитина. Далее всю смесь переводят в чаны, в которых происходит процесс затора, где под ферментативным действием ферментов солода происходят дальнейший гидролиз и превращение водонерастворимых веществ сырья в водорастворимые, которые будут формировать экстракт будущего сусла. Для обеспечения максимального качества перехода веществ в раствор, затор медленно подогревают при постоянном перемешивании до 70-72°С (настойный метод)[8].
При использовании отличного от настойного метода (декокционном) способе, 1/3 затора перекачивают в котел, где его кипятят 15-30 мин, после чего возвращают обратно и перемешивают с остальной частью затора. Повторяя эту операцию от 2 до 3 раз, при этом температура всего затора доводится до необходимого значения. При этом продолжительность всего процесса приготовления затора составляет около 3 часов. Этот процесс затирания солода необходим для дальнейшего ферментативного гидролиза крахмала. Крахмал превращается в следующих значениях при гидролизе под действием а- и б-амилаз:
– крахмал-амилодекстрины-эритродекстрины-ахро-декстрины;
– мальтодекстрины-мальтоза-глюкоза;
Совместно с полным осахариванием крахмала до глюкозы в заторе приходит к завершению протеолиз белков, получившиеся продукты, в ходе данного процесса, играют значимую роль в процессе формировании органолептических свойств и устойчивости пива при хранении [16].
Осахаренный затор в дальнейшем направляют на фильтрование с целью отделения жидкой части сусла от твердой фазы затора. При этом фильтрующий слой образуется самой, твердой фазой затора , пивной дробиной (негидролизуемые компоненты, клеточные оболочки, коагулированные при нагревании белки), оседающей внизу на сетках фильтрационных чанов, фильтр-прессов, которые применяются для фильтрования пивного сусла. Отделяют пивную дробину вручную или с помощью центрифуг с функцией саморазгрузки.
Сусло, прошедшее процесс фильтрации и, полученные после промывания дробины воды, переводят в сусловарочный котел с целью кипячения вместе с хмелем, упаривания до необходимой концентрации и дальнейшей стерилизации. При достижении высокой температуры, полностью инактивируются ферменты и коагулирует часть растворимых белков, а горькие и ароматические сопутствующие вещества хмеля растворяются в самом сусле. В ходе этого процесса, крупные хлопья коагулированного белка, оседая, захватывают некоторые частицы мути и тем самым осветляют остальное сусло.
Хмелевая а-кислота (гумулон), переходящая при процессе кипячения в изогумулон (хорошо растворимый в воде), представляет из себя основной источник сопутствующей пиву характерной горечи. Растворимость , а именно б-кислоты незначительна, а мягкая сх-смола гидролизуется с образованием б-смолы и дальнейшем отщеплением изобутилового альдегида и уксусной кислоты, принимающих участие в формировании специфического свойственного аромата и вкуса как сусла, так и пива. Норма расхода хмеля, в зависимости от сорта пива и его рецептуры, составляет от 22 до 45 г/л [87].
Охмеленное сусло, которое довели до значения нужной плотности, проходит через оцеживатель хмеля, охлаждается до 4-6°С, а затем освобождается от коагулированных белков путем использования специальных сепараторов. В ходе представленных выше процессов, сусло окончательно осветляется и насыщается кислородом, что требуется для дальнейшего для развития дрожжей.
Сбраживание сусла проходит в открытых либо в закрытых, деревянных или металлических емкостях специально предназначенными для этого процесса расами дрожжей низового и верхового брожения. Для специфических сортов портера в конце брожения вводят слабобродящие дрожжи рода бреттаномицетов, которые придают пиву особый необычный аромат. Сверху поверхности сусла через 15-20 ч после внесения туда дрожжей появляется узкая полоска белой пены (стадия забела), потом вся поверхность бродящего сусла покрывается тонкой мелкоячеистой пеной с постепенно развивающимися завитками. Достигнув максимума, эти завитки теряют свою форму, пена уплотняется и становится приобретает коричневую окраску. Осевшую пену (деку) из-за ненужного горького вкуса в прямом порядке удаляют с поверхности сусла и сливают. В конце процесса брожения низовые дрожжи, сделав свое дело, оседают на дно. В ходе этого жидкость осветляется и называется зеленым, или молодым, пивом. В нем, вместе со скопившимися в результате брожения этилового спирта и углекислого газа, накапливается и целый ряд сопутствующих побочных продуктов, которые участвуют в создании вкуса и аромата пива. Процесс головного брожения завершается за 7-9 суток. К данному моменту в пиве остаются несброженными еще около 1,5% сахаров.
Выдержка (дображивание) пива влияет напрямую на окончательное формирование потребительских достоинств пива. Для завершения процесса дображивания, молодое пиво перекачивают в герметичные закрывающиеся металлические танки, внутрени поверхность которых покрыта специальным, не взаимодействующим со средой, пищевым лаком. В зависимости от сорта пиво выдерживают при указанных и необходимых температурах от 0-3°С в течение 11-100 суток. В итоге дображивания остаточного в жидкости сахара немного возрастает крепость пива, сам напиток дополнительно насыщается, в нем происходит так же и насыщение углекислотой и осветление жидкости. Взаимодействие разнообразных первичных и вторичных продуктов главного и побочных процессов брожения приводит к формированию новых веществ, обусловливающих характерные вкус и аромат зрелого пива, а также его сортовые особенности [34].
Обработка и дальнейший розлив пива. После лабораторного и органолептического контроля над образцом, подтверждающих качество выработаки произведенного пива, его обрабатывают и разливают по тарам. Для придания прозрачности пиво проходит процесс фильтрации через прессованные пластины из различных фильтрующих масс, самыми качественными из них являются диатомитовые (кизельгуровые) фильтры. В ходе процессе осветления, пиво теряет значительную часть двуокиси углерода, поэтому допускается дополнительное добавление углекислоты перед самим процессом розлива с последующей необходимой выдержкой в течение 4-12 ч для ее ассимиляции.
Производство пива включает в себя ряд последовательных и взаимосвязанных технологических стадий, характеризуемых строго регламентированными параметрами. Правильность проведения всех этих процессов во многом определяет качество пива
По способу приготовления различают следующие типы солода: светлый, темный, карамельный и жженый. По своим качественным показателям он должен удовлетворять требованиям стандарта, а именно ГОСТ 29249-92.
Для производства солода используют ячмень, отвечающий требованиям ГОСТ 5060-86 «Ячмень для пивоварения»[80]. Представленный вид сырья, поступающий на предприятие, должен сопровождаться удостоверением качества.
Цель данных исследований – обоснование и разработка технологии пивоварения путем совершенствования процесса затирания солода на примере малого предприятия.
Научная новизна:
? теоретически обоснована и практически реализована технология производства светлого пива на основе исследования процесса затирания солода с использованием перфорированной капсулы с сырьем в условиях малого предприятия;
? обоснованы основные оптимальные технологические параметры процесса капсульного метода затирания (температурные параметры затора и греющей среды, продолжительность процесса), позволяющие проводить моделирование процесса варки светлого пива, не снижающие качества и потребительских свойств продукции;
Практическая значимость работы:
? предложен способ модификации этапа затирания в процессе варки светлого пива, позволяющий сократить продолжительность процесса варки светлого пива по сравнению с традиционными методами пивоварения и уменьшить потери, связанные с возможным браком итоговой продукции, переизбытком или недостаточным количеством подготовленного сырья, в частности, использование капсульного метода затирания позволяет значительно упростить процесс фильтрования затора, утилизации, хранения и реализации отходов производства;
? использование капсульного метода затирания позволяет проводить точные расчеты времени и нормы закладок сырья в зависимости от желаемого исходного результата;
? результаты физико-химических и органолептических исследований подтвердили возможность модернизации процесса затирания с использованием перфорированных капсул без потери качества готового продукта;
