Изготовление пива

БЕЛОРУССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биологическийфакультет
Изготовление пива.                                                                                                                                                                  Реферат                                                                           студента 4 курса 6 группы                                                                   КОВАЛЬЧУКА К.В.
Минск 2005 г.


 Пиво — слабоалкогольный жаждоутоляющий напиток с характерным хмелевым ароматом иприятным горьковатым привкусом. Оно является одним из первых напитковполученных  путём спиртового брожения. Историки  утверждают, что около 7000 года до нашей эры,то есть 9 тысяч лет назад, шумеры, проживающие в Двуречье уже умели варитьнапиток с применением ячменного солода. Предполагают, что предшественника современногопива — напитка, полученного путем брожения злаков, — люди знали еще со времен каменноговека.Характеристика сырья для получения пива.
 Основнымсырьем для производства пива является ячменный пивоваренный солод(светлый, темный и специальные сорта). Основные сортовые особенности пива(цвет, вкус, запах, аромат) во многом зависят от качества солода и соотношенияего видов в рецептуре. Иногда, часть солода заменяют несоложенымсырьем: рисом (сечкой), кукурузой (мукой или сечкой), пшеницей или,чаще, ячменной мукой. Цель этого - экономия дорогостоящего солода илипридание пиву определенного вкуса.
На формирование органолептических показателейпива оказывают большое влияние качество воды. Технологическая водадолжна отвечать всем требованиям, предъ­являемым к питьевой воде. Она должнабыть прозрачной, бес­цветной, приятной на вкус, без запаха, с определённойжесткостью и рН 6,8-7,3. Жесткость воды и ее солевой состав регулируют,применяя различные способы водоподготовки: реагентный, ионообмен­ный,электродиализный и мембранный, основанный на принци­пе обратного осмоса. Дляудаления неприятного запаха воду дезодорируют путем пропускания через колонку,заполненную активированным углем.
Наиболее дорогостоящим сырьём пивоваренногопроизводства является хмель. Он придает пиву специфический горький вкуси аромат, способствует удале­нию из сусла некоторых белков, служит антисептиком,подавляя жизнедеятельность контаминирующей микрофлоры, и повышает пеностойкостьпива. В пивоварении используют женские соцветия хмеля — хмелевые шишки,содержащие арома­тические и горькие вещества. Горькие вещества представляютмягкие и твёрдые смолы. Ароматические вещества представлены в основном эфирныммаслом, содержание которого колеблется от 0,3 до 2 %. Важная составная частьхмеля — дубильные вещества, количество кото­рых достигает 3 %. В пивоварениииспользуют высушенные хмелевые шишки, молотый брикетированный хмель, а такжеразличные хмелевые экстракты. Хмель и хмелепродукты хранят в сухом, темном иохлажденном помещении с температурой от 0 до 2°С и относи­тельной влажностьювоздуха не выше 70 %.
В пивоварении основным источником ферментовявляется проросшее зерно. Помимо этогоиспользуют амилолитические и протеолитические ферментные препараты, атакже их смеси в виде мультиферментных композиций. Амилолитические препаратысущественно повышают выход экстракта за счет гидролиза некрахмальных полисахаридови улучшают качество сусла. Протеолитические препараты используют для улучшениякачества сусла, а также для ликвидации коллоидных помутнений в пиве. Наиболееэффективным средством является применение мультиферментных композиций.
Производство пива включает в себя следующие этапы:
1.      приготовление солода
2.      дробление солода
    3.   получение пивного сусла:
            — затирание
             -фильтрование
             -кипячение сусла с хмелем
             -отделение сусла от хмелевойдробины.
             -охлаждениеи осветление сусла
    4.   сбраживание пивного сусла и дображиваниепива
5.     
Приготовление солода.
    Солодпредставляет собой зерна злаков, проращенных в искусственных условияхпри определенной влажности и температуре. Для приготовления светлогопива используют светлый солод, приготовленный из ячменя (оченьредко из пшеницы), а для приготовления темных сортов пива применяюттемный, карамельный или жженый солод. Наибольшую интенсивность цвета имеет жженый солод, наименьшую - темный.  Акт приготовления солода происходитна солодовенных отделениях пивоваренных заводов или непосредственнона солодовенных заводах. Через два месяца после уборки урожая, ячмень отлеживаетсяи дозревает. Далее его подвергают очистке от примесей, сортировке, и,наконец, замачивают в воде с температурой 10-16 °C. Проращиваниепроисходит в токовых или пневматических солодовнях при температуре 13-16°C. Если целью является приготовление светлого пива, то этотпроцесс длиться в течение 7-8 суток, если темного, то 9 суток. За этовремя происходит накопление ферментов и частичный гидролиз биополимеровзерна до более простых молекул. Солод в результате разрыхляется, а вкусего становится сладким.  Послепроращивания солод подсушивается. Температура сушки на солодосушилках втечение суток (для светлого) поднимается до 80 — 85 °C или за двоесуток до температуры 105 °C (для темного солода). Ростки подсыхают, чтодает возможность их легко удалить. В результате солод приобретает приятныехлебные вкус и аромат. Свежеотсушенный солод выдерживаетсяв солодохранилище не менее 30 суток. За это время он теряетхрупкость. Cвежепроросший солод в пивоварении не используется по причиневысокой влажности, отсутствия хлебного аромата и вкуса, невозможностидолгого хранения. Свежеотсушенный солод хранят насыпью в слое высотой3-4 м или в силосах при температуре не выше 20 °С. Дробление солода.
Основная цель дробления солода и несоложеногосырья — облегчение и ускорение физических и биохимических процессов растворениязерна для обеспечения максимального перехода экстрактивных веществ в сусло.Перед измельчением солод очищают от посторонних включений: для уда­ления пыли иостатков ростков солод пропускают через полиро­вочную машину, для удаленияметаллопримесей используется электромагнитный сепаратор. Солод дробится в сухомили, реже, частично увлажненном виде. Дробление солода осуществляют начетырех и шестивальцовых дробилках на крупных производствах и надвухвальцовых — на минипивзаводах. Оптимальныйсостав помола солода должен обес­печить максимально возможный выход экстракта идостаточно высокую скорость фильтрования сусла. Получение пивного сусла
Затирание.Цель затирания — экстрагирование растворимыхвеществ солода и несоложеного сырья и превращение под дейст­вием ферментовнерастворимых веществ в растворимые с после­дующим переводом их в раствор.Вещества, перешедшие в раствор, называют экстрактом.
Затирание включает тристадии: смешивание измельченных зернопродуктов с водой, нагревание ивыдерживание получен­ной смеси при заданном температурном режиме. При этом коли­чествоединовременно обрабатываемых измельченных зернопродуктов называют засыпью,объем применяемой воды — наливом, а полученный продукт — затором. Обычно назатирание 100 кг зернопродуктов рас­ходуют 350-500 л воды.
На первых стадиях затирания в раствор переходятуглеводы, частично белки и про­дукты их гидролиза, пектиновые, дубильные игорькие вещества и минеральные соли. Основные же компоненты зернопродуктов — крахмал и белки — нерастворимы. Поэтому их перевод в растворимое состоя­ниеосуществляется в результате направленного действия соот­ветствующих ферментов.
Гидролиз крахмала начинается при солодоращении. При зати­рании крахмалгидролизуется до декстринов, маль­тозы и глюкозы. Низкомолекулярные сахараиспользуются затем при брожении, а декстрины придают пиву пол­ноту вкуса иповышают его вязкость. Амилолитические ферменты также гидролизуют полисахариды,входящие в состав клеточных стенок зернового сырья. Продукты гидролизанекрахмальных полисахаридов повышают выход экстракта, снижают вязкостьраствора, благо­приятно влияют на вкус пива, образование пены и ее устойчи­вость.
     Как и крахмал, белки начинаютгидролизоваться в процессе солодоращения. Белки и продукты протеолиза обуслов­ливаютобразование пены пива,  влияют на егостой­кость при хранении и улучшают органолептические свойства. Также продуктыгидролиза белков необходимы для питания дрожжей.
При затирании протекают также многочисленные нефермен­тативные процессы:экстракция образующихся растворимых ве­ществ, частичная коагуляция белка и др.
Затираниеможно производить двумя способами: настойным или отварочным. При настойномспособе затор нагревают до 85 °С, делая паузы при 37-40°С, 50-52°С,62-64°С, 70-72°С по 30 минут. Данные температуры являются оптимальными дляработы определённых групп ферментов (эндопептидаз, амилаз и др.). Затемтемпературу затора повышают до 75-77°С. Полученноеэтим способом сусло богато ферментами, содержит много мальтозы и аминокислот,мало дек­стринов и поэтому сильно сбраживается. Настойный способприменяют при получении сусла для верхового брожения.
При отварочныйспособе часть затора из одного заторного аппарата перекачивают в другой.Там его кипятят, затем возвращают обратно. Эту часть затора называютотваркой. В зависимости от количества отварок бывают одно-, двух- итрехотварочные способы. Таким образом, температура массы основного затораповышается с теми же температурными паузами, что и при настойномспособе. Наиболее распространен двухотварочный способ, потому что он даетвозможность перерабатывать солод любого качества при приемлемых затратахэнергии. Одноотварочный применяют только при переработке солода высокогокачества. Трехотварочный — при переработке солода невысокого качества или для приготовлениятемных сортов пива  (недостаток этогоспособа - высокие затраты энергии). Выходэкстракта при отварочном способе выше, чем при настойном. Это обусловлено тем,что при отварочных способах затор подвергают не только ферментативно­му, но ифизическому воздействию (кипячению). Отварочные способы дают сусло длянизового брожения.
 В зависимости от способа затиранияи температурных пауз процесса можно получить сусло 
разного состава, а следовательно и различные сорта пива. Чтобы получитьсветлые сорта пива процесс необходимо вести таким образом, чтобыв результате осахаривания получилось больше сахаров для болееглубокого выбраживания, а для темных сортов пива — больше декстринов.
Несоложеное сырье затирают в смеси с солодом илиподраба­тывают отдельно, а затем смешивают с солодом и готовят общий затор.
После затирания затор перекачивают на фильтрование.


Фильтрованиезатора. Осахаренный затор представляет собойсуспензию, состоящую из двух фаз: жидкой (пивное сусло) и твердой (пивнаядробина). Цель фильтрования — отделение пив­ного сусла от дробины. Фильтрованиезатора подразделяется на две стадии: собственно фильтрование первого(основного) сусла и выщелачивание — вымывание экстракта, задерживаемого дро­биной.Сусло и промывные воды должны быть прозрачными во избежание затрудненияпоследующих технологических операций и ухудшения качества пива.
Фильтрование первого сусла представляет собой восновном фи­зический процесс. А при выщелачивании дробины водой проте­каетконвективная диффузия, а также различные химические процессы, главным образомобменные реакции. С понижением концентрации сусла его рН возрастает, что приво­дитк увеличению растворения кремниевой кислоты, полифенольных, дубильных, горькихи других веществ оболочки зернопродуктов. Это повышает цветность пива и можетслужить причиной ухудшения его вкуса.
На скорость фильтрования влияют состав и высотафильтрующего слоя. При фильтровании на фильтраппарате фильтрующим слоемявляется слой дробины, образующийся при отстаивании затора. На скоростьфильтрования существенно влияет температура, которая должна быть не выше 78 °Сво избежание инактивации
Наиболее распространены периодические способыфильтрования с использованием фильтрационного ап­парата или фильтр-пресса. Напервой фазе фильтрования затор перекачивают в фильтрационный аппарат, где онотстаивается для формирования фильт­рующего слоя высотой 30-40 см. Затемначинают фильтрование, причем первое мутное сусло возвращают в фильтр-аппарат.По окончании фильтрования первого сусла дробину промывают водой температурой70-80 °С. Промывание ведут до содержания сухих веществ в промывной воде 0,5 %.Дальнейшее вымывание экстракта экономически нецелесообразно, так как ведет квыщелачиванию веществ, ухудшающих вкус пива, и перерасходу топ­лива навыпаривание избытка воды.
В фильтр-прессе в качестве основного фильтрующегослоя используется салфетка из специальной ткани, поэтому допуска­ется болеетонкий помол зернопродуктов. После сбора первого сусла дробину промывают водойтемпературой 75-80 °С до плотности промывных вод 0,5-0,7 %.
Кипячениесусла с хмелем.Отфильтрованное сусло и промыв­ные воды собирают в сусловарочном аппарате икипятят с хме­лем. Цель кипячения — стерилизация сусла, стабилизация и аро­матизацияего состава горькими веществами хмеля.
Дробленые зернопродукты всегда содержат некотороеко­личество микроорганизмов. При кислой реакции среды сусла стерилизациядостигается уже через 15 минут кипячения. При кипячении хмеля в сусло переходитзначительная часть его углеводов, белковых, горьких, дубильных, ароматических иминеральных веществ. Ароматизация сусла происходит в резуль­тате растворения внем специфических составных частей хмеля. С повышением температуры суслапроисходит денатурация белков, которая внешне характеризуется появлением мути.Ки­пячение сусла с хмелем сопровождается снижением его вязкости и повышением цветностив результате реакции меланоидинооб­разования, карамелизации сахаров, окисленияполифенольных веществ и растворения красящих веществ хмеля.
Сусло с хмелем кипятят в сусловарочных аппаратах.Кипятят сусло с хмелем 1.5-2.5 часа, при этом хмель вносят в 2-4приема. Поступающее в сусловарочный аппаратсусло должно иметь температуру 63-75 °С, для того чтобы предохранить ею отинфицирования и максимально продлить активность ферментов. В конце наборапроверяют полноту осахаривания пробой на йод. При отрицательной реакции в суслодобавляют вытяжку из следующего затора и выдерживают при температуре не выше 75°С до полного осахаривания. Сусло кипятят только после заполнения аппарата.Наиболее интенсивно сусло кипятят в середине варки. В начале варки стараютсяизбежать сильного вспенивания, а в конце — гарантировать хорошее обра­зованиехлопьев.
Конец кипячения сусла определяют по содержаниюсухих веществ в нем, свертыванию белково-дубильных веществ, обра­зованиюхлопьев и прозрачности горячего сусла.
Отделениесусла от хмелевой дробины.После окончания ки­пячения охмеленное сусло поступает в хмелеотделитель. Хмеле­ваядробина задерживается на сите, сусло проходит сквозь него и центробежнымнасосом перекачивается в сборник для охлаж­дения и осветления. Затем хмелевуюдробину промывают горя­чей водой для дополнительного выщелачиванияэкстрактивных веществ хмеля. Промывные воды присоединяются к суслу всусловарочном аппарате.
    Охлаждение и осветление сусла.Цель охлаждения и осветления сусла — понижение температуры до 6-16 °С,насыщение его кислородом воздуха и осаждение взвешенных частиц.
В охлаждаемом суслеостаются коагулированные белки, которые находятся в состоянии тонких взвесей(суспен­зий). При понижении температуры они осаждаются. В течение всего процессаохлаждения сусло поглощает кисло­род воздуха, который при температуре выше 40°С расходуется на окисление органических веществ сусла, что приводит к потемне­ниюсусла, снижению хмелевого аромата и хмелевой горечи. Охлаждение сусласопровождается испарением некоторого ко­личества воды, что приводит куменьшению его объема и по­вышению концентрации.
Сусло температурой 20-40°С является благоприятной средой для инфицирующей микрофлоры. Поэтому егоохлаждают в две стадии. Первую стадию от 90 до 60 °С проводят в течение 2 ч дляобеспечения максимального осаждения крупных взвесей, а вторую—от 60 до 6-16 °Спроводят быстро с использованием пластинчатых теплообменников. Суслопредназначенное для низового брожения охлаждают до 5-7 °С, дляверхового брожения — до 14-16 °С.
Для охлаждения сусла до 60 °С используют холодильные тарелки (тонкий слойсусла толщиной 150-250 мм), отстойный и гидроциклонный ап­параты (высокий слойсусла). Сусло охлаждается до 60 °С втонком слое в течение 2-6 ч, в высоком слое — до 2 ч. По достижении 60 °С сусло перекачивают на вторую ступень охлаж­денияв пластинчатые теплообменники.
Белковый отстой содержит значительное количествосусла, поэтому его фильтруют или сепарируют, стерилизуют и добавля­ют в сусло,которое идет на брожение.
Для осветления сусла используют также центробежные сепа­раторы, которыепозволяют быстро получить прозрачное сусло и сократить потери экстракта сотстоем.
     После охлаждения до 6-16 °С сусло аэрируют воздухом не­посредственно втрубопроводе или аппарате предварительного брожения. Начальная концентрацияохлажденного пивного сусла, его кислотность и цветность должны соответствоватьвиду пива.Сбраживание пивного сусла и дображивание пива
Основной процесс, в результате которого суслопревращается в пиво — спиртовое брожение. При этом химический состав сусласущественно изменяется и оно превращается во вкусный ароматный напиток.Сбраживание пивного сусла проходит в две стадии: главное брожение идображивание. На первой стадии происходит интенсивное сбраживание сахаровсусла, в результа­те которого образуется молодое (мутное) пиво, имеющее своеоб­разныевкус и аромат, еще непригодное к употреблению. При дображивании оставшиесясахара медленно сбраживаются, пиво приобретает характерные органолептическиесвойства, осветля­ется и насыщается диоксидом углерода, т. е. происходит егосозре­вание и пиво превращается в товарный продукт.
    В пивоваренном производстве используюттолько культурные дрожжи, которые относятся к семейству Saccharomycetaceae: Saccharomycescarlsbergensis(дрожжи низового брожения) и  Saccharomycescerevisiae(дрожжи верхового брожения).   Дрожживерхового брожения в процессе интенсивного брожения всплывают на поверхностьсбраживаемой жидкости, накапливаются в виде слоя пены и остаются в таком видедо конца брожения. Затем они оседают, образуя весьма рыхлый слой на днебродильного аппарата. Дрожжи низового брожения не переходят в поверхностныйслой пива — пену, а быстро оседают на дне бродильного аппарата. Дрожжи низовогоброжения также отличаются от дрожжей верхового брожения тем, что они полностьюсбраживают раффинозу. Их используют при производстве лёгкого пива.
    Подготовка чистой культуры дрожжей кброжению сводится к накоплению их биомассы в условиях микробиологическойстерильности в количестве, необходимом для начала процесса брожения. Кромечистой культуры широко используют семенные дрожжи, представляющие собой дрожжи,которые осели в конце главного брожения. На практике семенные дрожжи послепредварительной подготовки используются до 10 генераций.
Основной процесс при главном брожении—биохимичес­коепревращение сбраживаемых углеводов в этиловый спирт и оксид углерода. Наряду сосновными продуктами брожения образуются вторичные и побочные продукты, которыев значитель­ной степени определяют органолептические показатели пива.Образование спирта сопровождается выделением в среду теп­лоты, которуюнеобходимо отвести для поддержания заданных температурных условий.
На первых этапах брожения происходит энергичноеразмно­жение дрожжей, что обусловлено полноценностью питательной среды. По мереобеднения среды, накопления продуктов броже­ния, создания избыточного давленияскорость размножения дрожжей уменьшается.
В результате главного брожения сусло превращаетсяв моло­дое пиво, которое еще не является товарным продуктом. Поэто­му егонаправляют на дображивание и созревание. При дображивании протекают восновном те же процессы, что и при главном брожении, но более медленно.Выделяющийся в процессе дображивания оксид углерода (IV) растворяется и связываетсяв пиве, что приводит к насыщению пива оксидом углерода. При созревании пивапроисходят различные окислительно-восстановительные реакции, в результатекоторых исчезают ха­рактерные для молодого пива привкус дрожжей и хмелевая го­речь.При дображивании пиво осветляется. Это обусловлено выпа­дением в осадокдрожжей, которые адсорбируют на себе белковую муть и другие взвеси. Так жепроисходят коагуляция и осаждение хмелевых смол, белковых и дубильных веществ.
Наибольшее влияние на ход брожения оказывают темпера­тураи количество дрожжей. Различают холодное (7-9 °С) и теплое (12-14 °С) брожение.Норма введения дрожжей зависит от способа брожения и колеблется от 0,4 до 1 лна 1 гл сусла. Сусло должно быть осахаренным, содержать достаточное коли­чествоассимилируемых дрожжами азотистых веществ; рН сусла не должно пре­вышать 5,8.
Главное брожение проводят в открытых или закры­тыхбродильных аппаратах периодическим, полунепрерывным или (реже) непрерывнымспособом. При периодическом брожении пивное сусло температурой 5-7 °Снаправляется в бродильный аппарат. Се­менные дрожжи задают в количестве 0,4-0,5л на 1 гл сусла. Пивное сусло сбраживают в течение 7-11 сут в зависимости отконцентрации начального сусла.
Полунепрерывное брожение проводят только взакрытых бро­дильных аппаратах, которые комплектуют в батареи, состоящие изразбраживателя и пяти бродильных аппаратов. Норма задачи дрожжей 0.6- 1 л на 1гл. Разбраживатель заполняют суслом тем­пературой 6-8 °С, перемешивают втечение 30 мин и сбражива­ют 24 ч, а далее половину объема перекачивают впервый бродильный аппарат. Затем оба аппарата доливают свежим суслом до полногообъема. С интервалом в одни сутки заполняют все бродильные аппараты. Пивноесусло сбраживают при избыточном давлении в течение 5-6 сут.
Дображивание пива проводят при температуре 0 — 2°С в закрытых аппаратах под избыточным давлением 0,03-0,06 МПа. Придображивании контролируют давление в аппарате, органолептические показатели истепень осветления пива. Продолжи­тельность дображивания зависит от сорта пиваи колеблется от 21 сут до 90 сут.
Возможно со­вместитьпроцессы брожения и дображивания в одном аппарате. Процесс осуществляется вцилиндроконических бродильных аппаратах, которые снабжены двумя-тремяохлаждающими рубаш­ками на цилиндрической части и одной — на нижней коническойчасти. Сусло температурой 7-9 °С подают в аппарат; в ток сусла задают дрожжи вколичестве 0,7-1 л на 1 гл. В первые сутки брожения температура повышается до13-14 °С; при этой температуре сусло бродит б — 7 сут. Затем пиво охлажда­ют внижней части аппарата до 1-2°С, в результате чего образу­ется плотный осадокдрожжей, который выводят из аппарата. На восьмые сутки пиво охлаждают до 3-4°С, на девятые — до 1-2 °С и выдерживают при этой температуре 5-6 сут для завер­шенияпроцессов дображивания. Совмещение процессов брожения и дображивания позволяетсократить их продолжительность до 14-18 суток.    Осветление и разлив пива
После дображивания и созревания для приданиятоварного вида и желаемой прозрачности пиво осветляют с помощью сепа­рированияили фильтрования. При этом из пива удаляют нахо­дящиеся во взвешенном состояниидрожжевые клетки, белковые и полифенольные вещества, хмелевые смолы, солитяжелых ме­таллов и различные микроорганизмы.
Лучшие результаты получают при фильтровании пивана кизельгуровых фильтрах. Для придания прозрачности, блеска, а также повышениястойкости при хранении пиво дополнительно фильтруют на фильтр-прессах сиспользованием специальных сортов картона.
При фильтровании пиво теряет некоторую часть диоксидауглерода, поэтому перед разливом его подвергают карбонизации путем продувкичерез пиво диоксида углерода. После карбонизации пиво выдерживают 6-8 ч всборниках, а затем направляют на разлив. Пиво разливают в бутылки наавтоматических разливных линиях, на которых последовательно осуществляютоперации разлива пива, этикетирования, контроля качества, укладки в ящики иликонтейнеры.
Пиво содержат диоксид углерода, поэтому их разливают под некоторым избы­точнымдавлением и без перепадов давления — изобарически. Для этого в таре (бутылке,банке, бочке, автоцистерне) сначала создают давление, равное тому, под которымнаходится разливаемая жид­кость, а затем приступают к наполнению тары напитком.Темпе­ратура пива при разливе не должна превышать 3 °С.