Значение дрожжей в пивоварении

Отбивание ростков  и хранение

У зерен отбиваются корешки, и затем солод по галерее транспортируется на элеватор. Готовый солод хранится на элеваторе около 1,5 месяцев. За это время происходит выравнивание свойств (влажности, температуры) отдельных зерен. Затем солод подается в варочный цех.

 

3.2 Варка

Варка - это процесс, в  результате которого солод превращается в сладкую жидкость, называемую суслом.

Варка проходит в несколько этапов:

Дробление

Зерно очищается от грубых примесей и пыли. После этого зерно  дробится. В результате дробления  получается смесь шелухи, крупки и  муки.

Затирание

Дробленый солод помещается в заторный котел. Здесь он смешивается  с водой и нагревается. При затирании ферменты расщепляют компоненты солода. В пиво могут перейти только растворимые вещества. Все вещества, переходящие в раствор называются экстрактом. Растворимые вещества – это различные сахара, минеральные вещества и определенные белки.

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 (осахаривание) 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 -> Ахродекстрины -> 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 эритродекстринов, 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.

Цитолитические ферменты гидролизуют гемицеллюлозы и  гумми-вещества, входящие 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 -> Альбумозы —>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.

Фильтрация

Затем масса перемещается в фильтр-чан, где на перфорированном  дне осаждается зерновой слой, а  жидкость становится прозрачной и поступает  в сусловарочный котел. Сладкая  янтарная жидкость, получаемая в результате фильтрации, называется суслом. Остающееся после фильтрации зерно - дробина - используется на корм скоту.

Превращения при фильтровании затора.

Фильтрование первого  сусла представляет собой в основном физический процесс. 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.

Кипячение

Сусло передается из фильтр-чана в сусловарочный котел и доводится  до кипения. При кипении добавляется  хмель, который придает суслу  горечь и аромат. Как правило, хмель, который был добавлен на раннем этапе кипячения, придает пиву остроту и легкую горечь. Добавление хмеля в конце процесса кипячения придает аромат и смягчает горечь. Хмель также является природным консервантом, повышающим стойкость пива.

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.

Отделение сусла  от хмелевой дробины

Сразу после кипячения  сусло освобождают от хмеля в  хмелеотборном аппарате, который  устанавливают под сусловарочным  аппаратом. В хмелевой дробине остается 6—7 дм³ сусла на 1 кг хмеля, поэтому с промывают горячей водой для дополнительного выщелачивания экстрактивных веществ хмеля, и промывную воду присоединяют к суслу. Затем аппарат заполняют водой, смешивают с хмелевой дробиной и смесь удаляют насосом 15 в отходы. Вместе с хмелевой дробиной удаляется значительная часть скоагулировавших белков.

Хмелевую дробину промывают  горячей водой, которую присоединяют к суслу. Воды следует использовать столько, на сколько объем сусла  уменьшился за счет испарения во время  перекачнвания и охлаждения. Последнюю промывную воду можно использовать на затирание.

Осветление  и охлаждение

После кипячения сусло  перекачивается в турбулентный чан (гидроциклон) - цилиндрический сосуд, в котором сусло закручивается, и хлопья белка собираются в центре. После отделения белка таким образом прозрачное сусло передается на охлаждение и аэрацию. Сусло охлаждается с температуры около 100° С, до 15 °С за несколько секунд. Затем в сусло впрыскивается кислород, необходимый для питания дрожжей при брожении.

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.

 

Выход экстрактивных  веществ и потерь при получении  пивного сусла

Оценить работу варочного  цеха и определить правильность режима затирания можно на основании  расчета выхода экстракта (%):

 

Э = V*m*d * 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 уменьшение объема 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.

 

 

3.3. Брожение

 

Ведущую роль в брожении играют живые организмы — дрожжи. В природе их огромное множество, но не все могут производить достаточно спирта. На это способны дрожжи рода Saccharomyces — круглые или овальные клетки размером 5-10 • 5-15 мкм. Как и любой живой организм, дрожжи реагируют на факторы окружающей среды — температуру, наличие тяжелых металлов и на полноценность питания. По внешнему виду клетки можно определить ее физиологическое состояние. Молодые клетки мелкие, старые — крупнее и по форме напоминают цифру «восемь» с неравными кружками. Маленький — молодая клетка-почка, которая затем отделится от материнской и будет жить самостоятельно. Клетки также различаются по количеству содержащихся в них жиров, которые видны под микроскопом в виде капель. Внутри старых клеток капли крупные, в молодых жира может вообще не быть. Хорошо ли дрожжей кормили, видно по их упитанности — содержанию в клетке гликогена, окрашивающегося раствором Люголя в красно-бурый цвет. Если клетки не голодали, то 70-75% из них содержат гликоген. Наиболее активно сбраживают углеводы зрелые клетки.  

 

Процесс брожения представляет собой переваривание дрожжами сахаров  сусла с выделением дрожжами этилового  спирта и углекислого газа, как  основных продуктов процесса. В ходе брожения происходит образование сотен сложных органических веществ, которые обуславливают аромат, вкус, цвет готового пива.

В охлажденное сусло  добавляют специальные культурные дрожжи. На первом этапе брожения они  размножаются, их количество увеличивается  в несколько раз, потом они (с  уменьшением количества питательных веществ в среде и накоплением спирта) прекращают свою активность, объединяются в группы по несколько клеток и оседают на дно ЦКТ (цилиндро-конический танк - емкость, в которой происходит процесс брожения).

Процесс активного брожения занимает около недели, после чего температура в ЦКТ снижается с 15° С до 0° С. При охлаждении дрожжи еще активнее и плотнее осаждаются на дно ЦКТ.

Осевшие дрожжи удаляются  со дна ЦКТ насосом и собираются в дрожжевые сборники, откуда могут  повторно (несколько раз) добавляться в свежее сусло для проведения нового процесса брожения. Цикл жизни дрожжей за время одного брожения называется генерацией. Дрожжи, сделавшие пиво из сусла, например, 3 раза, называются дрожжами третьей генерации.

 

1 Пивные  дрожжи

В пивоваренном производстве используют только культурные дрожжи, которые относятся к семейству Saccharomycetaceae и роду Saccharomyces. Различают дрожжи низового брожения и дрожжи верхового брожения. Дрожжи верхового брожения относят к виду Saccharomyces cerevisiae, дрожжи низового брожения первоначально были отнесены к виду S. carlsbergensis, затем S. uvarum или к S. cerevisiae. Но в настоящее время пивовары-практики продолжают считать низовые дрожжи относящимися к виду S. carlsbergensis.

Первоначально были известны дрожжи верхового брожения, так как брожение проходило только при обычной температуре (в виноделии, хлебопечении). Желая получить напитки, насыщенные диоксидом углерода, стали проводить брожение при низких температурах под влиянием изменившихся внешних условий и были получены дрожжи низового брожения с определенными свойствами.

В пивоваренном производстве применяют разновидности дрожжей, отличающихся друг от друга одной  или несколькими особенностями. Их получают из одной клетки. Такие  культуры называют расами (штаммами).

Дрожжи верхового  брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхность сбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком виде до конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на дне бродильного аппарата. По своей структуре эти дрожжи относятся к пылевидным дрожжам, не слипающимися между собой, в отличие от хлопьевидных низовых дрожжей, оболочки которых клейкие, что приводит к слипанию (агглютинации) и быстрому осаждению клеток.

Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностный слой пива - пену, а по окончании брожения быстро оседают и образуют плотный слой на дне бродильного аппарата.