Подработка и дробление солода и несоложеного сырья

Основная цель дробления солода и несоложеного сырья — облегчение и ускорение физических и биохимических процессов растворения зерна для обеспечения максимального перехода экстрактивных веществ в сусло.

Подработка зернопродуктов. При хранении и транспортирова­нии солод и несоложеное сырье загрязняются. Поэтому перед измельчением их очищают от посторонних включений. Для уда­ления пыли и остатков ростков солод пропускают через полиро­вочную машину. Несоложеное сырье от органической и мине­ральной примесей очищают на воздушно-ситовом сепараторе и полировочной машине. Для удаления металлопримесей зернопродукты пропускают через электромагнитный сепаратор.

Дробление солода. Оптимальный состав помола должен обес­печить максимально возможный выход экстракта и достаточно высокую скорость фильтрования сусла, так как оболочка зерна служит хорошим фильтрующим материалом. Солод дробится в сухом или частично увлажненном (мокром) виде. Для измельче­ния сухого солода применяют четырех- и шестивальцовые дро­билки, работающие с одинаковой частотой вращения вальцов. Состав помола (%) зависит от качества солода, способов его затирания и фильтрования (табл. 21.2). При мокром помоле солод предварительно увлажняют в бункере до содержания влаги 18...32 % путем орошения водой температурой 35...50°С. При этом повышается эластичность оболочки, которая практически не измельчается на вальцовых станках, что приводит к созданию рыхлого и пористого фильтрующего слоя дробины.

Таблица 21.2

Дробление несоложеных зернопродуктов. Ячмень, пшеницу и рис дробят на двухвальцовом станке с нарезными вальцами, которые вращаются навстречу друг другу с разной скоростью. Для измельчения кукурузы используют молотковые дробилки. Рекомендуемый состав помола приведен в табл. 21.2.

Получение пивного сусла

Затирание. Цель затирания — экстрагирование растворимых веществ солода и несоложеного сырья и превращение под дейст­вием ферментов нерастворимых веществ в растворимые с после­дующим переводом их в раствор. Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом.

Затирание включает три стадии: смешивание измельченных зернопродуктов с водой, нагревание и выдерживание получен­ной смеси при заданном температурном режиме. При этом коли­чество единовременно обрабатываемых измельченных зернопродуктов называют засыпью, объем применяемой воды — наливом, а полученный продукт—затором.

Превращения при затирании. На первых стадиях затирания в раствор переходят углеводы, частично белки и про­дукты их гидролиза, пектиновые, дубильные и горькие вещества, ферменты и минеральные соли, составляющие 10...15 % сухих веществ солода. В несоложеном сырье их примерно в 2...3 раза меньше. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состоя­ние осуществляется в результате направленного действия соот­ветствующих ферментов.

Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При зати­рании крахмал проходит три стадии: клейстеризацию, разжиже­ние и осахаривание. Собственно гидролиз крахмала (осахарива-ние) представляет собой разжижение крахмального клейстера, которое сопровождается накоплением в среде декстринов, маль­тозы и глюкозы.

Схематически гидролиз крахмала можно представить в виде схемы: Крахмал —> Амилодекстрины -> Эритродекстрины -> Ах-родекстрины -> Мальтодекстрины -> Мальтоза -» Глюкоза.

Процесс осахаривания контролируется по йодной реакции, так как крахмал и декстрины дают различный цвет с йодом: крахмал и амилодекстрины — синий, Эритродекстрины — крас­нобурый, ахродекстрины и другие продукты гидролиза цвет йо­дного раствора не изменяют. Поэтому термин «осахаривание» в бродильном производстве означает не процесс превращения крахмала в сахара, а исчезновение окраски йодного раствора.

К гидролизу крахмала при затирании предъявляют следующие требования: сусло не должно содержать амило- и эритродекстри-нов, дающих окраску с йодом, но кроме мальтозы в сусле долж­ны содержаться ахро- и мальтодекстрины, придающие пиву пол­ноту вкуса и повышающие его вязкость. При правильно прове­денном затирании, из крахмала должно образоваться 20... 30 % декстринов и 70.-.80 % «сырой» мальтозы, к которой относятся все продукты гидролиза крахмала, обладающие редуцирующей способностью, в пересчете на мальтозу.

Цнголитическпс ферменты гидролизуют гемицеллюлозы и гумми-вещества, глолящие в состав клеточных стенок зернового сырья. При этом образуются декстрины, глюкоза, ксилоза и арабиноза. Продукгы гидролиза некрахмальных полисахарилов повышают выход экстракта, снижают вязкость раствора, благо­приятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчи­вость.

Однако гидролиз некрахмальных полисахаридов зависит от действия протеолитических ферментов на белок, с которым эти вещества связаны

Как и крахмал, белки начинают гидролизоваться в процессе солодоращения. Их гидролиз происходит в основном под дейст­вием эндопептидаз солода. Ферментативное расщепление белков можно представить в следующем виде: Белки -> Альбумоэы —> Пептоны -> Полипептиды -> Пептиды —> Аминокислоты. Около 35 % белков (от общего содержания в сырье) должно переходить при затирании в сусло. Рекомендуется следующее соотношение фракций продуктов гидролиза белка (%):

А:В:С = 25:15:60. Пептоны и полипептиды (фракция В) обуслов­ливают образование пены пива, а пептиды и аминокислоты (фракция С) необходимы для питания дрожжей. Высокомолекулярные продукты гидролиза белка (фракция А) влияют на стой­кость пива. Поэтому недостаточный гидролиз белка приводит к резкому снижению органолептических свойств пива и его стой­кости при хранении.

При затирании протекают также многочисленные нефермен­тативные процессы: экстракция образующихся растворимых ве­ществ, образование меланоидинов, частичная коагуляция белка и др.

Факторы, влияющие на затирание. Основные факторы, влияющие на выход экстракта и его состав, — это со­отношение фермент: субстрат, продолжительность процесса, температура и рН затора.

С увеличением концентрации затора ферментативные реак­ции замедляются. Поэтому концентрация затора обычно не пре­вышает 16 %. Обычно на затирание 100 кг зернопродуктов рас­ходуют 350.-.500 л воды.

В табл. 21.3 приведены оптимальные значения температуры и рН важнейших ферментов, гидролизуюших крахмал, не­крахмальные полисахариды и белки при затирании. Влияние температуры обусловлено температурным оптимумом и термо­стабильностью ферментов. Так, при 63 "С образуется большое количество мальтозы и мало декстринов. С повышением же температуры до 70 °С гидролиз крахмала протекает быстрее, но вследствие инактивации -амилазы накапливаются пре­имущественно декстрины.

	Та б л и на 21.3
Источник фермента	Фермент	Оптимальные значения
Температур С | рН
Солод	а-Амилаза	70 5,7
	р-Ам плаза	63 4,8
	Эндопептидаза	45...50 4,6...5.0
	Экюпептидаза	40 7,0...8.0
	Фосфотаза	48 5,0...5.5
	Цитолитическце	35...45 4,6...5.0
Лмилосубтилин Г10х	-Амилаза + -амнлаза	60 6,3...6.6
Амилосубтилин Г20х	Псптидаэа	60 5,4...6.0
	Цитолитичсские	40...52 5,4...6.0
Амилоризин Пх	-Амила за	65 6,0
Амилорнзин П10х	Псптияаза	45...55 4,5...4,6
Протосубтилнн Г10х	Эндопсптидаза	45...52 6,0...9.5
Цитороземин Пх	Цитолитпческие	50...65 3,0...5.6

Оптимум рН для действия ферментов зависит от температуры среды. Как правило, с повышением температуры повышается и рН-оптимум. Так, для совместного действия амилаз при темпе­ратуре затора 65 "С рН-оптимум 5,6.

С увеличением продолжительности затирания в сусле накап­ливаются низкомолекулярные продукты гидролиза крахмала и белков.

Важнейшими температурными паузами при затирании явля­ются 50...52; 60.-.65; 70 "С. во время которых максимальную активность соответственно проявляют эндопептидаза, - и -амилаза.

Способы и технологические режимы зати­рания. Приготовление затора начинают со смешивания дроб­леных зернопродуктов с водой при температуре 37...40 "С, кото­рое осуществляется в заторном аппарате при включенной ме­шалке. Далее затирание ведут настойным или отварочным способом.

Настойный способ заключается в постепенном нагреве всего затора от 40 до 70 "С со скоростью 1 "С/мин и выдерживании при температуре 40; 52; 63 и 70 "С по 30 мин. Далее затор нагревают до 72 "С и выдерживают до полного осахаривания по пробе на йод. Затем осахаренный затор подогревают до 76...77 'С и направ­ляют на фильтрование. Полученное этим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот, мало дек­стринов и поэтому сильно сбраживается. Однако выход экстракта при отварочном способе выше. Это обусловлено тем, что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативно­му, но и физическому воздействию (кипячению).

Сущность отварочкого способа состоит в том, что отдельные части затора (отварки) кипятят, а затем смешивают с остальной частью затора, постепенно повышая его температуру до 75 "С. При кипячении крахмальные зерна из крупных частиц дробле­ных зернопродуктов переходят в раствор, клейстеризуются и подвергаются действию ферментов. Различают следующие вари­анты отварочных способов: с одной, двумя, тремя отварками или кипячением всей густой части. Наиболее распространенные — одно- и двухотварочные способы. При отварочных способах за­тирание ведут в двух заторных аппаратах, один из которых ис­пользуют для кипячения отварки.

Несоложеное сырье затирают в смеси с солодом или подраба­тывают отдельно, а затем смешивают с солодом и готовят общий затор.

В табл. 21.4 в качестве примера рассмотрен технологический режим одноотварочного способа затирания, при котором все сырье — солод, ячмень и ферментный препарат — затирают одновременно, начиная с температуры 40 "С.

Фильтрование затора. Осахаренный затор представляет собой суспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивная дробина). Цель фильтрования — отделение пив­ного сусла от дробины. Фильтрование затора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого (основного) сусла и вышелачивание — вымывание экстракта, задерживаемого дро­биной. Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затруднения последующих технологических операций и ухудшения качества пива.

Превращения при фильтровании затора. Фильтрование первого сусла представляет собой в основном фи­зический процесс. А при выщелачивании дробины водой проте­кает конвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образом обменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает от 5,7 до 6,2, что приво­дит к увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горьких и других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива, что может служить причиной ухудшения его вкуса.

Факторы, влияющие на фильтрование за­тора. На скорость фильтрования влияют состав и высота фильтрующего слоя. При фильтровании на фильтраппарате фильтрующим слоем является слой дробины, образующийся при отстаивании затора. Солод хорошего растворения, имеющий ре­комендуемый состав помола (см. табл. 21.2), дает рыхлый, легко­проницаемый слой.

На скорость фильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 "С во избежание инактивации -амилазы. Последняя завершает доосахаривание остатков крах­мала. Кроме того, более высокая температура способствует уве­личению растворимости продуктов гидролиза белка, полифенольных и других веществ, что влияет на стойкость пива.

В щелочной воде легко растворяются дубильные и горькие вещества оболочек. Но при длительном экстрагировании даже вода нормального состава извлекает из оболочек вещества, обу­словливающие неприятный вкус пива.

Способы и технологические режимы фильтрования. Наиболее распространены периодические способы фильтрования с использованием фильтрационного ап­парата или фильтр-пресса. Непрерывные способы фильтрования, центрифугирование, вакуум-фильтрование, автоматизация про­цесса по той или иной причине пока не нашли широкого рас­пространения.

На первой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный, аппарат, где он отстаивается для формирования фильт­рующего слоя высотой 30...40 см. Затем начинают фильтрование. причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат. По

окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой 70...80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %. Дальнейшее нымыванне •экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет к выщс-лачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топ­лива на выпаривание избытка воды.

В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующего слоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допуска­ется более тонкий помол зернопродуктов (см. табл. 21.2). После сбора первого сусла дробину промывают водой температурой 75...80 °С до плотности промывных вод 0,5...0,7 %.

Кипячение сусла с хмелем. Отфильтрованное сусло и промыв­ные воды собирают в сусловарочном аппарате п кипятят с хме­лем. Цель кипячения — стерилизация сусла, стабилизация и аро­матизация его состава горькими веществами хмеля.

Превращения при кипячении сусла с хме­лем. Дробленые зернопродукты всегда содержат некоторое ко­личество микроорганизмов. При кислой реакции среды сусла стерилизация достигается уже через 15 мин кипячения.

При кипячении хмеля в сусло переходит значительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических и минеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в резуль­тате растворения в нем специфических составных частей хмеля и продуктов реакции меланоидинообразования.

С повышением температуры сусла происходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути. Ки­пячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветности в результате реакции меланоидинооб­разования, карамелизации Сахаров, окисления полифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.

Факторы, влияющие на процесс кипячения сусла с хмелем. На процессы, происходящие при кипяче­нии сусла с хмелем, существенное влияние оказывают его про­должительность, рН и состав воды, концентрация сусла.

При длительном кипячении сусла с хмелем раствор насыща­ется горькими кислотами, что приводит к изменению рН сусла. Это является причиной выпадения их в осадок. Коагуляция бел­ков наиболее полно проходит при рН 5,2 в присутствии сульфа­тов и хлоридов. Дубильные вещества хмеля ускоряют коагуля­цию белков.

При работе с мягкой водой образующиеся кислоты способст­вуют осаждению горьких веществ, тем самым снижая ощущение горечи. При использовании карбонатных вод действие кислот в начале брожения нейтрализуется.

При высокой концентрации сусла в среде возрастает количе­ство коагулируемого белка, который при осаждении выводит из раствора горькие вещества. Поэтому при упаривании концентри­рованного сусла дозу вводимого хмеля увеличивают.

Способы и технологические режимы кипя­чения сусла с хмелем. Сусло с хмелем кипятят в сусловарочных аппаратах. Поступающее в сусловарочный аппарат сусло должно иметь температуру 63...75 "С, для того чтобы предохранить ею от инфипирования и максимально продлить активность ферментов. В конце набора проверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в сусло добавляют вытяжку из следующего затора и выдерживают при температуре не выше 75 °С до полного осахаривания. Сусло кипятят только после заполнения аппарата. Продолжительность кипячения не должна превышать 2 ч при скорости испарения поды 5...6 % в час к массе сусла. Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараются избежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее обра­зование хлопьев.

Расход хмелепродуктов ( г СВ) на 1 дал готового пива рассчитывают по формуле

= (100 + /П) /(100/ ),

где — содержание горечи хмеля, вводимого в сусло для данного сорта пива. г СВ на 1 дал пива: П — обшис нормируемые потери жидкой фазы для пива данного сорта, %; - содержание горечи в 1 г сухих веществ хмеля, г.

Горечь хмеля обусловлена в основном содержанием -кислоты:

= ( + 1) / 100,

где — содержание -кислот. %; 1 — содержание горечи -фракции, %.

Удельный расход хмеля на 1 дал пива в зависимости от сорта хмеля и вида пива составляет от 20 до 60 г. Хмелепродукты в сусло вносят в два. три или четыре приема.

Конец кипячения сусла определяют по содержанию сухих веществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ, обра­зованию хлопьев и прозрачности горячего сусла.

Отделение сусла от хмелевой дробины. После окончания ки­пячения охмеленное сусло поступает в хмелеотделитель. Хмеле­вая дробина задерживается на сите, сусло проходит сквозь него и центробежным насосом перекачивается в сборник для охлаж­дения и осветления. Затем хмелевую дробину промывают горя­чей водой для дополнительного выщелачивания экстрактивных веществ хмеля. Промывные воды присоединяются к суслу в сусловарочном аппарате.

Охлаждение и осветление сусла. Цель охлаждения и осветле-ния сусла— понижение температуры до 6...16 "С '(вг зависимости от способа брожения), насыщение его кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц.

Превращения при охлаждении и осветлении сусла. В охлаждаемом сусле остаются скоагулированные белки, которые находятся в состоянии тонких взвесей (суспен­зий). При понижении температуры они осаждаются.

В течение всего процесса охлаждения сусло поглощает кисло­род воздуха, который при температуре выше 40 "С расходуется на окисление органических веществ сусла, что приводит к потемне­нию сусла, снижению хмелевого аромата и хмелевой горечи.

Охлаждение сусла сопровождается испарением некоторого ко­личества воды, что приводит к уменьшению его объема и по­вышению концентрации.

Факторы, влияющие на процессы при ох­лаждении и окислении. Крупные взвеси осаждаются на протяжении всего процесса охлаждения сусла. Тонкий осадок образуется при снижении температуры до 5...7 °С.

Растворение кислорода в сусле начинается при температуре 40 °С и ускоряется при перемешивании, увеличении площади и продолжительности контакта, снижении концентрации сусла. Одновременно протекают окислительные процессы и сусло на­сыщается кислородом.

Сусло температурой 20...40 "С является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры. Поэтому его охлаждают в две стадии. Первую стадию от 90 до 60 "С проводят в течение 2 ч для обеспечения максимального осаждения крупных взвесей, а вторую—от 60 до 6...16 "С проводят быстро с использованием пластинчатых теплообменников.

Способы и технологические приемы ох­лаждения и осветления сусла. Для охлаждения сусла до 60 "С используют холодильные тарелки (тонкий слой сусла толщиной 150...250 мм), отстойный и гидроциклонный ап­параты (высокий слой сусла). Сусло охлаждается до 60 "С в тонком слое в течение 2...6 ч, в высоком слое—до 2 ч. По достижении 60 "С сусло перекачивают на вторую ступень охлаж­дения в пластинчатые теплообменники.

Белковый отстой содержит значительное количество сусла, поэтому его фильтруют или сепарируют, стерилизуют и добавля­ют в сусло, которое идет на брожение.

Для осветления сусла используют также центробежные сепа­раторы, которые позволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта с отстоем.

После охлаждения до 6...16 "С сусло аэрируют воздухом не­посредственно в трубопроводе или аппарате предварительного брожения. Начальная концентрация охлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствовать виду пива.

Выход экстрактивных веществ и потерн при получении пивного сусла. Оценить работу варочного цеха и определить правиль­ность режима затирания можно на основании расчета выхода экстракта (%)

Э = Vmd * 0,96/М,

где V — количество горячего сусла в сусловарочном аппарате, л: т — содержание сухих веществ в сусле, %; d— плотность сусла, кг/л; 0,96 — поправочный коэффициент на уменьшениеобъема сусла при его охлаждении: М — масса перераба­тываемых зернопродуктов, кг.

При хорошей работе варочного отделения разница между вы­ходом экстракта и экстрактивностью переработанных зернопродуктов не должна превышать 1,6...2,2 %.

В зависимости от сорта пива потери экстракта в варочном цехе колеблются от 2,6 до 2,8 %, а потери в пивной и хмелевой дробине (к объему горячего сусла) на стадии осветления и охлаждения сусла — от 5,5 до 7,0 %, в том числе 4 % составляют мнимые потери объема в результате сжатия сусла при его охлаж­дении от 100 до 20 "С.