Способи видалення дробини у варильному цеху
Після фільтрування сусла й промивання шротину необхідно якомога швидше видалити її, щоб звільнити обладнання для наступного циклу. Існує декілька способів видалення шротини з цеху. За найбільш простого шротина з фільтрувального апарату за допомогою розрихлювача через нижній люк видаляється , і шнеком передається до нахиленого жолоба й надходить по ньому до бункера. Але на старих заводах роздавальний бункер знаходиться на фасаді головного виробничого корпусу, не тільки псує вигляд, а й створює антисанітарні умови, особливо у літній період. Тому її доводиться транспортувати на більшу відстань. З цією метою використовують відцентровий насос або монжю.
У першому випадку на одну частину шротини додають дві частини води і якщо вона витікає з бункера, втрачаються поживні речовини, вода і електроенергія, тобто такий спосіб є достатньо дорогим.
При застосуванні монжю шротину транспортують парою або стисненим повітрям. Монжю- це циліндро-конічний резервуар, розрахований на засипку зерно продуктів. Рекомендують саме цей спосіб, але він в обслуговуванні більш складний, ніж використання насоса.
Із 100 кг солоду утворюється 110-120 кг шротини вологістю 75-85%. За виглядом шротини можна зробити висновок про правильність ведення процесів подрібнення й затирання. У шротині не повинно бути цілих або мало подрібнений зерен. Суха на вигляд шротина вказує на хорошу якість солоду й правильне ведення процесів затирання.
Свіжа шротина тепла й містить речовини, нездатні для довгочасного зберігання. Тому її потрібно негайно вивозити з території пивоварного заводу для використання як корм для тварин. Сушіння шротини потребує великих затрат теплоти, не виправдовує себе, хоч суха шротина є дуже високоякісним кормом і більш транспортабельна.
Втрати екстрактивних речовин в дробині, шляхи їх скорочення
В шротині після промивання залишається деяка кількість розчиненого екстракту і нерозчиненого , точніше недооцукрені речовини, які складають втрати виробництва. Вимивний і невимивний екстракт складають загальнийекстракт, який становить не більше 1,5-2% СР.
Розчинний ( вимивний) екстракт не повинен перевищувати 0,5-0,7 % - це екстракт, який можна вилучити із дробини додатковим промиванням її гарячою водою. Визначається аерометричним методом. Причиною підвищеної кількості вимивного екстракту в дробині є недостатня промивка дробини в процесі фільтрації, а також недостатнє подрібнення.
Невимивний екстракт дробини – це той екстракт, який можливо вилучити з дробини шляхом її додаткового оцукрення ферментами солоду. Він не повинен перевищувати 0,8-1,2 %. Причиною підвищеної кількості невимивного екстракту дробини є:
- недостатнє розчинення ендосперму солоду;
- низька ферментативна активність солоду;
- порушення процесу подрібнення зернопродуктів;
- порушення процесу затирання.
Щоб зменшити втрати екстрактивних речовин необхідно ретельно промивати дробину, але це не зовсім бажане, тому що вимиваються речовини, які надають пиву неприємний смак.
Література [1, с. 178-183], [2, с.51-63], [4, с.283 - 291].
Запитання для самоконтролю
1. Яка мета фільтрації затору?
2. Які фактори впливають на швидкість фільтрації затору?
3. Яке обладнання використовують для фільтрації заторів?
4. Яка послідовність операцій при фільтрації затору на фільтраційному апараті?
5. Що є фільтруючим матеріалом у фільтр-пресах?
6. Яка тривалість фільтрації на фільтраційному апараті?
Тема 6.5. Варіння сусла з хмелем
План уроку.
1. Мета варіння сусла з хмелем.
2. Фізико-хімічні процеси, які відбуваються при варінні сусла з хмелем.
3. Способи внесення хмелю і хмелевих препаратів.
4. Показники, які характеризують кінець кип’ятіння сусла з хмелем.
5. Вихід екстракту із затертих зернопродуктів.
Питання, що винесені на самостійну роботу
6. Економічна ефективність використання різних способів внесення хмелю шишкового, меленого пресованого і гранульованого, хмелю мокрого подрібнення, неізомеризованого, водноізомеризованих та СО2 екстрактів.
7. Відокремлення хмелевої дробини.
Мета варіння сусла з хмелем.
Відфільтроване пивне сусло ще непридатне для зброджування й одержання з нього напою. Воно містить велику кількість мікроорганізмів, які в сусло переходять із зернопродуктів і запобігають чистому бродінню й не дають можливості одержати стійкого пива. Крім того воно не доведено до потрібної концентрації й містить активні ферменти, здатні змінювати хімічний склад.
Метою кип’ятіння сусла з хмелем є стабілізація його хімічного складу шляхом інактивації ферментів, стерилізація, доведення концентрації сухих речовин до потрібної величини, тобто видалення надлишкової води шляхом випаровування, збагачення сусла хмельовими речовинами та коагуляція нестійких білкових речовин.
|
Після кип’ятіння сусла одержують так зване охмелене сусло – напівпродукт, який потім і переробляють у пиво шляхом бродіння. Таким чином, кип’ятіння сусла з хмелем є одним з основних процесів приготування напою-варіння пива.
Звідси й походить назва «варити пиво».
Кипятіння сусла і його охмеління відбувається в сусловарильному апараті.
Процеси, які проходять при варінні сусла з хмелем.
Кип’ятіння сусла з хмелем супроводжується важливими фізичними і хімічними перетвореннями, які дуже пов’язані між собою та впливають на якість готового пива.
1. Основним процесом при кип’яченні сусла з хмелем є коагуляція(звертання) білків.
Коагуляція – це укрупнення колоїдних частинок під дією молекулярних сил зцеплення. Колоїдні частинки білків мають електричний заряд, внаслідок чого між ними діють сили взаємного відштовхування, які приводять до їх укрупнення. Частинки, які лишилися без електричного заряду коагулюють. Крупні частинки не можуть залишатися в зваженому стані і починають під дією сили тяжіння поступово осідати; таке осідання частинок називається седиментацією.
Коагуляція проходить в дві стадії:
- денатурація;
- власне коагуляція.
В першій стадії нестійко розчинні фракції білків ( пептони) втрачають зв’язану воду, тобто проходить їх дегідратація. Внаслідок цього білки втрачають розчинність, повністю втрачають свої властивості, тобто денатурують.
В другій стадії денатуровані білки укрупнюються , за рахунок цього проходить з’єднання молекул між собою і утворення пластівців. Цей процес і називається коагуляцією. В процесі коагуляції розрізняють дві стадії: прихована і явна коагуляція. На першій стадії зовні не спостерігається яких-небудь змін білку; явна коагуляція виражається в появою помутніння, утворення осаду.
В результаті звертання, укрупнення і осідання білків пивне сусло освітлюється. На цей процес позитивно впливають дубильні речовини солоду та хмелю. При взаємодії білкових речовин, які мають негативний заряд з дубильними речовинами , що носять позитивний заряд утворюються білково-дубильні речовини. Ці речовини важко розчинні і сприяють освітленню сусла, тобто виділенню білків.
Дубильні речовини хмелю більш активні, ніж дубильні речовини солоду, тому для того щоб дати можливість останнім прореагувати з білками, хміль вносять не на початку кип’ячення сусла з хмелем, а десь через 30 хв після цього.
Фактори, що впливають на процес коагуляції :
- концентрація сусла – білки швидше коагулюють в суслі низької концентрації, а в більш концентрованому суслі потрібне для коагуляції білків більш тривале кип’ятіння;
- рН затору – білки денатурують за будь-якого значення рН, а коагуляція краще протікає поблизу ізоелектричної точки. Внаслідок того, що в суслі знаходяться різні фракції білків, які випадають в осад за різних значень рН, природно, що не всі вони однаковою мірою коагулюють. рН сусла в кінці кип’ятіння буває 5,5, оптимальне ж значення рН коагуляції білків 5,2;
- тривалість і інтенсивність кип’ятіння – тривалість кип’ятіння 1,5-2 год і не більше. При більш тривалому кип’яченні іде процес роздріблення білкових пластівців на менші частинки, що призводить до помутніння сусла. При інтенсивному кипінні процес коагуляції білків проходить швидше і повніше, ніж при в’ялому кипінні.
Неповна коагуляція білків при кип’ятінні може бути причиною зповільнення процесу бродіння сусла, а саме частинки холодної муті осідають на дріжджових клітинах і запобігають проникненню в них поживних речовин, а також пиво погано освітлюється, а готове – погано фільтрується й у ньому легко виникає колоїдне помутніння.
2. Розчинення гірких і ароматичних речовин хмелю.
В процесі кип’ятіння сусла з хмелем проходить розчинення і перетворення гірких, ароматичних і дубильних речовин хмелю.
Гіркі речовини найбільш цінні для пива. До 95% загальної гіркоти сусла утворюється α-кислотами хмелю, які при кип’ятінні перетворюються в ізо-α-кислоти( гуму лон, когумулон, адгумулон – ізогумулон, ізокогумулон , ізоадгумулон), які володіють великою розчинністю, ніж α-кислоти. Поряд з цим частина α-кислот окислюється. Надто тривале кип’ятіння сусла з хмелем приводить до розкладу α-кислот і з’являються речовини, які псують смак пива.
Β-кислоти хмелю мають меншу розчинність у воді . В процесі кип’ятіння сусла вони не ізомеруються, а лише частково окисляються, утворюючи продукти окислення, що володіють значною розчинністю і різкою, але приємною гіркотою.
Із твердих смол тільки одна фракція γ-смола розчинна у воді, має гіркуватий смак і володіє антисептичною дією, тобто підвищує біологічну стійкість пива.
На процес розчинення гірких речовин хмелю впливає:
1) концентрація сусла – чим нижча, тим процес розчинення іде краще, тому першу порцію хмелю задають на початку кип’ятіння;
2) тривалість (1,5-2 год) – при більш тривалому кип’яченні ослаблюється гіркота, тому що іде обернений процес ізогумулонів в гумулони.
Тільки 20-25 % гірких речовин хмеля від введених в сусло попадають в готове пиво, інші 75-80% втрачаються в процесі виробництва ( хмелевої дробини, білковому відстої, дріжджах).
Ароматичні речовини хмелю представлені ефірним маслом. При кип’ятінні сусла з свіжим хмелем біля 90% вмістимого в шишках ефірного масла улетучивается. Тому для надання пиву хмелевого аромату, рекомендують другу частину хмелю вносити в кінці кип’ячення сусла.
Дубильні речовини хмелю добре розчинні у воді. Наявність їх в суслі, сприяє кращому освітленню, дубильні речовини в комплексі з гіркими речовинами і білками позитивно відображаються на смаку пива. (2-5%).
3. Зміна забарвленості сусла. При кип’ятінні кольорність сусла збільшується, це пояснюється утворенням меланоїдинів, окисленням дубильних речовин хмелю і оболонок солоду, а також перехід забарвлюючих речовин хмелю і солоду в розчин.
4. Інші процеси – стерилізація сусла, інактивація ферментів, зменшення в’язкості .
Способи внесення хмелю і хмелевих препаратів.
Норма внесення хмелю в сусло при його кип’ятінні коливається в широких межах і залежить від ряду факторів.
- від типу пива – світле пиво завжди охмелюють сильніше за темне.
- хімічний склад виробничої води – м’яка вода з низьким вмістом карбонатів потребує більшої дози хмелю, гіркота такого пива приємніша, більш тонка.
- тривалість збереження хмелю – свіжий хміль більш продуктивний за старий.
- залежить від способу й довгочасності кип’ятіння сусла.
- смакових вимог споживачів до окремих сортів напою.
- якість самого хмелю.
На виробництві часто використовують поряд з хмелем базових кондицій використовують старий хміль з граничними кондиціями. При цьому хміль задають в три прийоми. І і ІІІ порція – це хміль базових кондицій. І порція задається через 30 хв після кип’ячення сусла в кількості 80%, а ІІІ порція – 20% за 20 хв до кінця.
Хміль граничних кондицій задають в один прийом повністю за 1 год до кінця кип’ятіння сусла з хмелем.
Взимку норма витрати хмелю менша, ніж влітку на 10%.
Хміль вноситься в два або три прийоми. Внесення хмелю в декілька прийомів має слідуючі переваги по зрівнянню внесення в один прийом:
1) на початку кип’ятіння сусла воно має більш низьку концентрацію і гіркі речовини екстрагуються повністю, ніж при більш високій концентрації;
2) ефірне масло, яке вилучається з хмелю повніше зберігається в пиві, так як при тривалому кип’ятінні вилучається.
Темні сорти пива характеризуються солодовим ароматом, цей аромат не повинен послаблюватися хмелем, тому для темних сортів рекомендується вносити хміль в один прийом.
Хміль можна вносити у сусло у вигляді цілих або подрібнений шишок, гранульований, а також у вигляді хмелевого екстракту.
Витрата хмелю розраховується за формулою:
Гс * 100 * 100
Нс= (α +1)(100-W) , г/дал
де Гс – гіркота сусла на СР;
α – вміст α-кислот у хмелі;
W- вологість хмелю, %.
Якщо потрібно розрахувати норму хмелю на 1 дал не сусла, а пива, то слід врахувати загальні втрати пива за рідкою фазою, тобто:
100
Нп = Нс * 100-В,
де В – загальні втрати (13-15 %).
Витрата хмелю при захмеленні хмелевим екстрактом.
Гс * n * 0,8
НЕ1 = ае , г/дал
де Гс – норма гіркоти гарячого сусла, г/дал;
ае – маса α-кислота хмелевого екстракту, %;
0,8 – коефіцієнт який враховує економію хмелю;
n – частка використаного хмелевого екстракту( до 50% заміняють хміль хмелевим екстратом).
Показники, які характеризують кінець кип’ятіння сусла з хмелем
Інтенсивність кип’ятіння сусла визначають по кількості випареної води на протязі 1 год, яка повинна відповідати 8-12% ( в апаратах нової конструкції).
- за масовою часткою сухих речовин у охолодженому суслі цукроміром
- наявністю в суслі великих пластівців зкоагульованих білків – на світлі у пробній склянці сусло здається прозорим, а великі пластівці білків швидко осідають.
Вихід екстракту.
Основним показником варильного відділення є вихід екстракту. Під цим розуміють кількість сухих речовин, які перейшли у сусло із зерно продуктів у відсотках. Розраховується за формулою:
0,96 /V*e*d
Е = G , %
де Е – вихід екстракту у варниці, %;
0,96 – коефіцієнт, який враховує зменшення об’єму, сусла при охолодженні, об’єм який займає хмелева дробина;
V – об’єм гарячого сусла в сусло варильному апараті, дм3;
е – масова частка екстрактивних речовин, %;
d – густина затору, кг/дм3 ;
G- маса зернопродуктів, кг.
Відокремлення хмелевої дробини
Після закінчення варіння сусла його потрібно швидко відокремити від залишків хмелю( якщо застосовували шишковий хміль, подрібнений). Якщо хміль залишити в гарячому суслі надовго, це може негативно вплинути на смак і колір пива.
Для відокремлення сусла від хмелевої шротини зупиняють подачу пари, виміряють об’єм гарячого сусла , відкривають кран сусло варильного апарата і надходить його на сито хмелевідбірника. Хмелева дробина затримується на ситі, а сусло проходить через нього і перекачують відцентровим насосом до відстійного апарату. Хмелева дробина містить сусло, тому її промивають декілька раз гарячою водою, яку подають у сусло.
Література [1, с. 184-187]; [2, 63-78]; [3, c. 120-127]; [4,c.291-296]
с/р [3, с. 123-127], [4, с. 294-296].
Запитання для самоконтролю
1. Мета кип’ятіння сусла з хмелем
2. Процеси, що відбуваються при кип’ятінні сусла та їх вплив на якість готового пива.
3. Методи дозування та внесення хмелю до сусла.
4. Раціональні способи переробки хмелю.
5. Визначення кінця кип’ятіння сусла.
6. Вихід екстракту та його втрати при приготуванні пивного сусла.
Тема 6.6. Освітлення і охолодження гарячого сусла
План уроку
1. Фізико-хімічні процеси при освітленні сусла.
2. Способи освітлення сусла ( відстійні, гідроциклонні апарати).
3.Охолодження сусла в теплообмінниках.
4. Приготування концентрату пивного сусла.
Питання, що винесені на самостійну роботу.
5. Порівняльна характеристика освітлення і охолодження сусла.
6. Насичення охолодженого сусла стисненим повітрям.
7. Основні джерела інфекції.
8. Втрати сусла при охолодженні і освітленні сусла, шляхи їх скорочення.
Фізико-хімічні процеси при освітленні сусла
В гарячому суслі відсутній кисень повітря, який необхідний мікороорганізмам для життєдіяльності, але знаходяться грубі, завислі речовини, які утворилися під час кип’ятіння з хмелем. Наявність цих частинок негативно впливають на процес бродіння, доброджування сусла і колоїдну стійкість пива.
З пониженням температури сусла ці речовини випадають в осад і з’являються тонкі зважені частинки, сусло насичується киснем повітря, що сприяє нормальному розмноженню дріжджів і повному виділенню білків.
Таким чином метою освітлення і охолодження сусла є:
1. Зниження температури.
2. Насичення киснем повітря.
3. Осадження зважених частин.
В залежності від методів бродіння ( низове чи верхове) сусло охолоджують до 5-6° С або до 14-16°С.
Сусло охолоджують у дві стадії.
І стадія характеризується охолодженням гарячого сусла до 60 °С. Проводиться повільно на протязі 1,5-2 год для більш повного виділення завислих речовин. Тут для освітлення і охолодження використовують відстійний або гідроциклонний апарат.
ІІ стадія- охолодження сусла від 60°С до 4°С. Ця стадія проводиться швидко, тому що при зниженні темпераутри ( особливо від 40-20°С) сусло є добрим поживним середовищем для розвитку сторонніх мікроорганізмів. Ця небезпека знижується коли в сусло задають дріжджі. Використовують пластинчаті теплообмінники.
1.1. Розчинення кисню у суслі.
Поглинання кисню суслом проходить в ході всього процесу охолодження. При високих температурах ( до 40° С) гази погано розчиняються в рідинах. Тому при високій температурі сусла кисень витрачається на окислення органічних речовин сусла, внаслідок чого воно темніє, знижується хмелевий аромат і хмелева гіркота.
Тому розчинення кисню можливе лише при низькій температурі нижче 40 °С. Кисень, який поглинається суслом витрачається на розмноження і життєдіяльність дріжджів. Оптимальний вміст його в суслі на початку бродіння 6-7 мг/дм3.
Поглинання кисню прискорюється при перемішуванні, збільшенні площі поверхні і тривалості контакта сусла з повітрям, з пониженням концентрації сухих речовин в ньому.
1.2 Утворення і видалення білкового осаду.
Завислі речовини поділяються на грубий ( гарячий)осад та тонкий ( холодний) осад. Грубий осад утворився при кип’яченні сусла з хмелем. Він майже повністю затримується з хмелевою дробиною, і сусло стає прозорим. Він містить 50-60 % білкових речовин, 3-30% зольних речовин, 16-20 % хмельових смол, 20-30% флабофену. Із сусла він видаляється порівняно легко. Якщо він навіть потрапляє до бродильного апарата, на смак і стабільність напою не впливає, тому що так чи інакше буде відокремлений від пива на одній із стадій його виготовлення.
Грубий брух при випаданні в осад адсорбує на своїй поверхні й виводить із сусла 7-32% гірких речовин хмелю й частину мінеральних речовин, а також іони важких металів : алюмінію, заліза, міді. Це сприяє якості пива, оскільки названі метали можуть стати причиною помутніння напою.
Тонкий ( холодний) брух починає виділятися при температурі нижче 60°С. Цей осад має протилежну властивість, тобто в разі нагрівання розчиняється. Із сусла він видаляється дуже повільно, але видалення його більшої частини дуже важливе, тому що залишки цього бруху є причиною терпко-гіркого смаку пива. . Якщо в суслі лишається більша частина тонкого осаду, він обволікає поверхню дріжджових клітин і перешкоджає поступанню цукрів, їх зародженню. Тонкий осад видаляють шляхом сепарування під дією відцентрової сили, під дією гідродинамічних сил в гідроциклонному апараті.
1.3.Зміна концентрації сусла.
Завдяки охолодженню й одночасному випаровуванню води об’єм сусла зменшується, за рахунок чого концентрація його відповідно зменшується. Кількість води, що випаровується, залежить від застосовуваних апаратів. Найбільше видалення води з сусла ( 10%) спостерігається в разі застосування відкритих відстійних тарілок. Але це обладнання зараз не застосовується. При використанні закритого обладнання об’єм гарячого сусла при охолодженні зменшується в середньому до 3,8 %.
Способи освітлення сусла ( відстійні, гідроциклонні апарати).
На практиці сусло охолоджують і відокремлюють брух різними способами. Ще не так давно найбільш поширеним способом було застосування відстійно-охолоджуваної тарілки, на якій одночасно видаляли осад і охолоджували сусло приблизно до 60°С. Наступне охолодження сусла здійснювали на зрошувальних теплообмінниках: мутне сусло іноді фільтрували на фільтр –пресах або застосовували сепаратори. Однак це обладнання застаріло і більше не використовується.
Зараз для видалення осаду з сусла часто застосовують відстійно-охолоджувальний апарат, але найчастіше гідроциклонний апарат. Охолодження ж сусла до температури бродіння здійснюють за допомогою високопродуктивних пластинчастих охолоджувачів. Центрифугування сусла використовують лише в окремих випадках, коли необхідно видалити певну частину дрібного бруху.
Сучасний відстійний апарат являє собою сталевий циліндричний резервуар з плоским трохи похилим дном і сферичною кришкою. Кришка має витяжну трубу для відведення вторинної пари й люк для спостереження. Під витяжною трубою закріплено розподільний конус, призначений для розподілу сусла на струминки. Для охолодження сусла в середині змонтовано сталевий змійовик, по якому циркулює вода.
У дні апарата шарнірно закріплена труба з поплавковим отвором на кінці й три пробкові крани. Поплавковий спусковий клапан забезпечує знімання тільки охолодженого й найбільш освітленого та насиченого киснем сусла.
Висота шару сусла в апараті не перевищує 90 см. Похиле дно сприяє кращому видаленню осаду, а також стіканню промивної води.
Випускають чотирьох типорозмірів місткістю 0,5; 0,1; 1,5; 3,0 т зерно продуктів. Варильні агрегати потужністю 5,5 т комплектуються двома апаратами на 3 т.
Перша стадія охолодження у відстійному апараті відбувається досить швидко : за 20 хв температура знижується до 50 - 40°С, а вода нагрівається майже до 60°С і може бути використана для затирання. Отже, відстійний апарат дає змогу використовувати теплоту охолоджуваного сусла.
Найчастіше для видалення бруху останнім часом використовують гідроциклонні апарати.Вони найпростіші за конструкцією, а працюють досить надійно. Такий апарат являє собою циліндричний резервуар з невеличким конусом посередині дна. Апарат має люк, підвідну трубу й випускний штуцер для видалення відстою.
Принцип швидкого відокремлення бруху полягає в тому, що гаряче сусло подається в апарат тангенційно і з відносно великою швидкістю насосом, внаслідок чого набуває обертового руху, а тверді
частинки доцентрової сили. Крім того утворюється глибока воронка, яка тисне на
стовбур бруху, що утворюється у центрі рідини, й осад швидко концентрується на дні у центра апарата.
Важливим моментом ефективної роботи апарата є правильне підключення нагнітального трубопроводу: він повинен знаходитися на 1/3 висоти апарата. При більш низькому підключенні може не утворитися воронка, а при більш високому – не відбудеться розкручування всього сусла. Крім того висота апарата повинна перевищувати його діаметр.
Взагалі ж після заповнення апарата для видалення осаду потрібно не більше як 60 хв. на практиці дуже часто сусло витримують тільки 20-30 хв.
Після спорожнення гідро циклонного або іншого апарата в ньому лишається густа сіра маса, що називається білково-дубильним відстоєм. Він містить багато сусла, яке бажано відокремити й використати.
Існує кілька способів відокремлення цього сусла. Найпростішим з них передбачене фільтрування настою через сукняний мішок у вигляді конуса. Такий мішок підвішують над збірником і виливають у нього відстій.
Другий спосіб передбачає фільтрування відстою за допомогою рамного фільтр-преса й видалення залишків сусла з апарата стисненим повітрям. Але сусло, яке видалене з відстою завжди інфіковане м/о й потребує стерилізації. Тому його найчастіше додають до сусла наступної варки й кип’ятять з хмелем або зброджують окремо. На відносно невеликих пивоварних заводах відстою збирається не так уже багато і його просто виливають в каналізацію. Цього ні в якому разі не слід робити, тому що він забруднює стічні води і різко підвищує біологічну потребу у кисню.
За хімічним складом білковий відстій міг би бути кормом для тварин, але внаслідок великої хмелевої гіркоти його часто викидають, хоча з нього можна відокремити гіркі хмельові речовини й використати їх повторно.
Охолодження сусла в теплообмінниках.
Охолодження сусла до початкової температури бродіння на більшості заводах проводять в пластинчастих теплообмінниках. Це є найбільш ефективним і гігієнічним способом підготовки сусла до бродіння.
 |
Апарат зібраний із тонких стальних плит, встановлених паралельно на штангах, кінці яких закріплені у стойках. За допомогою плити і гвинта пластини стискаються так, що між кожною парою утворюється вузький простір , через який тече рідина. Прокладки на пластинах розміщують так, щоб у результаті збирання апарата в ньому утворилися дві системи каналів: однією текла рідина ( продукт), другою – х олодний розсіл, холодна або
гаряча вода, пара залежно від того для чого призначений апарат ( охолодження, стерилізація, деаерація, карбонізація пива). Продукт, який подається у верхній кутовий канал, тече каналами між пластинами, а холодоагент рухається назустріч каналами між пластинами. Таким чином, потоки продукту і теплоносія чергуються і теплообмін у кожному потоці відбувається через дві граничні поверхні.
Пластинчасті теплообмінники мають у кілька разів більшу поверхню теплопередачі порівняно з трубчастими.
Приготування концентрату пивного сусла.
Для виробництва пива в районах, де відсутня сировинна база і важко постачається сировина, організований випуск сухого концентрату пивного сусла у вигляді білого порошку вологістю 3-6% або у вигляді густого сиропу концентрацією 75-80% сухих речовин. Готується концентрат з охмеленого сусла шляхом згущення у вакуумній розпилювальній сушарці.
Вважають, що це вигідно робити для того, щоб більш повно використовувати потужність варильного цеху в зимовий період, а з іншого боку – для постачання кількох малих пивоварних заводів з одного варильного центру. Канадські пивовари запевняють , що при розведенні такого концентрату якість сусла зовсім не змінюється. Особливо вигідно використовувати концентрат пивного сусла у тропіках або там, де будівництво варильного цеху недоцільне.
Отримання концентрату здійснюється на Євецькому пивоварному заводі по слідкуючій схемі. Охмелене пивне сусло з вмістом сухих речовин 14-17% само течією подають в пневматичну розпилюючу форсунку, в якій стисненим повітрям проводиться тонке дисперсне розпилювання. Сусло, яке розпиляється у вигляді дрібненьких краплин попадає на зустріч потоку гарячого повітря ( температура 130-150°С) у верхній частині сушарки і швидко висушується. Отриманий порошок і водяні пари з сушарки вентилятором подають в циклон, де проходить відокремлення 65-70% всієї кількості порошку. Цей порошок поступає в транспортний трубопровод, а інша частина і вся кількість водяний парів подають вентилятором в рукавний фільтр. Порошок затримується на внутрішніх стінках фільтра, а водяні пари проходять через пори фільтра, відсмоктуються вентилятором і видаляються в атмосферу. Транспортним вентилятором порошок подають в циклон і дальше в збірник-розвантажувач. Сухий концентрат розфасовують в двошарові пакети з пергаменту, які поміщають у фанерні бочки.
Завдяки невеликій вологості (3-6%) сухий концентрат витримує великий період зберігання й може транспортуватись на досить великі відстані. Але в умовах України цей концентрат не має перспективи і тому детально не розглядається.
Для приготування пива такий концентрат розчиняють у воді і отримане сусло зброджують дріжджами.
В залежності від якості вихідної сировини і мети використання розрізняють наступні види концентрату сусла.
Мальц-екстракт – концентрат сусла, який отримують з свіжо пророщеного або сухого солоду, який володіє високою ферментативною активністю, використовується як замінник солоду.
Концентрат пивного сусла і ячмінний сироп, які отримані з використанням ферментних препаратів, використовують замість не солодового зерна при отриманні сусла після розведення водою для зброджування сусла.
Концентрат пивного сусла, який отриманий з традиційної сировини, використовується безпосередньо для приготування пива після розведення водою і зброджування отриманого сусла.
Порівняльна характеристика освітлення і охолодження сусла.
Використання відстійних апаратів впрорівнянні з холодильними тарілками дає можливість економити виробничі площі, зменшується небезпечність інфікування сусла. Але у відстійних апаратах гірше осаджуються зважені частинки.
Використання гідроциклонів полегшує і прискорює процес освітлення сусла і дає можливість використовувати молотий брикетований хміль, забезпечується стерильність процесу.
Пластинчаті теплообмінники являються найбільш сучасним апаратом для охолодження сусла, вони мають велику площу поверхні теплопередачі і малі розміри. Конструкція теплообмінників дає можливість змінювати схему руху потоків продукту і теплоносія і в одному теплообміннику мати секції для нагрівання, охолодження і регенерації тепла. Вони легко розбираються, що дає можливість проводити ретельну очистку всіх елементів. Недоліком являється швидкий знос ущільнюючих прокладок між пластинами.
Насичення охолодженого сусла стисненим повітрям.
Для розмноження і розвитку дріжджів на перших стадіях процесу бродіння необхідний кисень, а також щоб уникнути ускладнень при головному бродінні пива. Тому після теплообмінника пивне сусло аерують стерильним повітрям, що забезпечує вміст 4-6 мг О2 /дм3 сусла. Це проводять за допомогою аератора, який розміщений на трубопроводі після теплообмінника. В потік сусла вприскують стерильне повітря, і таким чином воно аерується, і далі поступає в дродильне відділення.Але як правило аерують лише 50% сусла.
Основні джерела інфекції
Зовнішніми джерелами інфекції є повітря, вода.
На якість сусла й пива суттєво впливає технологічна вода, в якій завжди містя ться різні мікроорганізми. Частка води, необхідна при виробництві пива, станови близько 85 %. Ця вода повинна відповідати всім біологічним вимогам.
Внутрішнім джерелом інфекції в процесі виробництва пива є залишки живильного середовища та інших напівпродуктів у важкодоступних для очищення місцях об ладнання, на трубопроводах . Суслопроводи для перекачування рідини в апарати і освітлення сусла також можуть бути носіями інфекції, особливо у випадках, коли їх промивають недостатньо ретельно та нерегулярно.
У тріщинах, швах, стиках, фланцевих з'єднаннях, ямках, заглибинах на покриттях гі ворюються вогнища інфекції, які складно виявити й своєчасно видалити. Таким же є 
безпечним джерелом інфекції є пориста структура пивного каменю, що затримує значну кількість шкідливих мікроорганізмів. Для запобігання інфікування слід ретельно промивати використовувані апарати після кожного їх звільнення і видаляти пивний камінь.
Втрати сусла при охолодженні і освітленні сусла, шляхи їх скорочення.
Контроль охолодження та освітлення сусла полягає в встановленні нормативного ступеня зброджування, втрат екстракту між сусло варильним і бродильним апаратами, ступеня освітлення сусла та біологічному контролі. Втрати екстракту від варильного до бродильного відділення визначають, виходячи з різниці між виходами екстракту в цих відділеннях. На основі одержаних даних встановлюють кількість сусла у бродильному апараті.
Втарти сусла при охолодженні поділяються на дійсні і уявні. До дійсних відносять: сусло, що залишається у білковому відстої, у хмелевій шротині, втрати на змочування трубопроводів і поверхонь апаратури, на розбризкування. Вони становлять 1-3 %і залежать від концентрації сусла.
До уявних втрат відносять зменшення обєму сусла у результаті стиснення його при охолодженні, випаровуванні води та видалення із сусла білково-дубильного осаду. Вони становлять 4%.
Таким чином, сумарні втрати сусла при охолодженні становлять 5-7%. Втарти ж екстракту від варильного до бродильного цеху не повинні перевищувати 1%.
Література [1, с.188-196], [2, с. 80-89], [3, с.129-140], [10, с. 157-158]
с/р [3, с.138-139], [2,с.89].
Запитання для самоконтролю
1. Мета охолодження і осітлення сусла перед бродінням.
2. Які процеси відбуваються при освітленні і охолодженні сусла?
3. Чим відрізняється між собою відстійний апарат і гідроциклон?
4. Особливості роботи гідроциклонного апарата при освітленні сусла.
5. Чому неможливо безпосередньо використовувати білковий відстій?
6. З якою метою насичують сусло стерильним повітрям?
7. Які втрати становлять при освітленні і охолодженні?
8. Як готується концентрат пивного сусла?
РОЗДІЛ 7. ЗБРОДЖУВАННЯ СУСЛА
Тема 7.1. Бродіння низове і верхове. Особливості рас дріжджів, їх розмноження і розвиток
План уроку
1. Зброджування низове і верхове.
2. Особливості рас дріжджів, які використовуються при цьому.
3. Розмноження і розвиток дріжджів.
Питання, що винесені на самостійну роботу
4. Розведення чистої культури дріжджів.
5. Апарат Грейнера для розведення чистої культури дріжджів.
6. Використання сім’яних дріжджів.
Зброджування низове і верхове.
Бродінням називають складний процес біохімічного перетворення речовин живильного середовища на нові продукти під дією ферментів деяких мікроорганізмів, який протікає як без доступу кисню, так і в його присутності. Продукти, що утворилися при цьому, як правило, набувають зовсім інших властивостей, часто стають ароматнішими і смачнішими, а мікроорганізми набирають все необхідне для свого розвитку, у тому числі й енергію, і за рахунок цього створюють свою біомасу.
Із стародавніх часів у своїй практичній діяльності людина зустрічалась з різними видами бродіння й застосовувала і удосконалювала його для виготовлення вина, пива, квасу, оцту, етанолу, хліба, сиру та інших харчових продуктів. Отже, відомо кілька видів бродіння, але в основі виробництва пива лежить спиртове бродіння цукрів сусла під дією ферментів дріжджів. При бродінні проходить зміна хімічного складу сусла і перетворення його в ароматний і смачний напій – пиво.
В пивоварінні використовують два типи бродіння: низове ( холодне) і дуже рідко верхове ( тепле). Дріжджі, що спричиняють спиртове бродіння Sacch. cerevisiae (верхове) і Sacch. Carlsbergen ( низове) відрізняються між собою своїми властивостями. Низове бродіння протікає при температурі 6-10°С, а верхове – при 14-25°С.
Дріжджі верхового бродіння в процесі інтенсивного бродіння спливають на поверхню рідини, що зброджується, накопичуються у вигляді шару піни і залишаються в такому вигляді до кінця бродіння. Потім вони осідають, утворюючи на дні бродильного апарату розрихлений шар. По своїй структурі ці дріжджі відносяться до пиловидних дріжджів, які не злипаються між собою на відміну від пластівцеподібних низових дріжджів, оболонки яких клейкі, що призводять до злипання ( аглютинація) і швидкому осіданню клітин.
Дріжджі низового бродіння не переходять в поверхневий шар пива – піну, а швидко осідають по закінченню бродіння і утворюють щільний шар на дні бродильного апарату.
Дріжджі низового бродіння відрізняються від дріжджів верхового бродіння тим, що вони повністю зброджують рафінозу. Дріжджі низового бродіння мають оптимальну температуру для росту 25-27°С, мінімальну 2- 3°С, а при 60-65 °С вони відмирають. Максимальне розмноження низових дріжджів проходить при рН 4,8- 5,3.
Дріжджі активно зброджують глюкозу й фруктозу, повільніше мальтотріозу. Декстрини ними не зброджуються, але роль цих речовин велика у створенні повноти смаку напою.
Здібність дріжджів до утворення пластівців має важливе значення для технології зброджування пивного сусла, так як сприяє прискоренню освітлення пива і полегшує зняття дріжджів з бродильного апарату після бродіння з наступним використанням їх в якості сім’яних дріжджів. Під аглютинацією ( флокуляцією, пластівцеподібністю) розуміють здатність дріжджових клітин збиратися під час бродіння, особливо наприкінці його, у дрібні видимі пластівці, що складаються з окремих клітин.
Розрізняють дріжджі пластівцеподібні, які швидко утворюють комплекси і пилоподібні, які повільно утворюють пластівці. У пластівцеподібнихдріжджів клітинна оболонка клейка, тому що клітини виділяють клейкі білкові речовини. Внаслідок цього в кінці бродіння склеюються, утворюють пластівці й швидко осідають, захоплюючи й дрібні частинки із середовища в осад, забезпечуючи хороше освітлення напою. Пилоподібні дріжджі такими властивостями не володіють, клітини залишаються поодинокими. Лишаючись довго у зваженому стані, вони повільно й з утрудненням осідають, а освітлення пива відбувається повільно й неповно.
Аглютинація дріжджових клітин.
Холодне бродіння на утворення пластівців діє сприятливо, тому температуру наприкінці головного бродіння й при доброджу ванні знижують у першому випадку до 4-3°С, а в другому – до 2-1°С.
Етанол як продукт бродіння сприяє аглютинації, особливо при концентрації 1-3 %. При подальшому збільшенні концентрації спирту (до 4-7%) дія його на аглютинацію дріжджів зменшується, а після досягнення 8% припиняється.
Автоліз дріжджів.
Під автолізом розуміють процес саморозчинення клітин дріжджів, який відбувається внаслідок біохімічних процесів розпаду складних речовин ( білків, жирів, вуглеводів) під дією своїх же ензимів.
Коли в середовищі поживних речовин стає все менше, дріжджі починають голодувати і деякий час живуть за рахунок своїх запасних речовин. Але настає час і клітини починають гинути, велика ж кількість ферментів лишається активною і зумовлює гідроліз речовин самих клітин.
Автоліз супроводжується великими змінами – руйнується протоплазма, збільшуються вакуолі. Після того як клітина загинула і структура їх порушена, одні ферменти слабнуть, інші, навпаки, збільшують свою активність. Тому розщеплення деяких речовин підсилюється. Низькомолекулярні речовини гідролізу дифундують через стінки клітин і переходять у пиво, впливають на його якісні показники.
Зберігання дріжджів, як і бродіння, за підвищених температур стимулює автоліз дріжджів. Тому їх зберігають при температурі 0…2 °С і виконують холодне бродіння.
Фактори, що впливають на здатність пластівцеутворення:
1) температура - низька температура при бродінні сприяє пластівцеутворенню.
2) рН середовище - реакція середовища сильно впливає на властивості дріжджів. Наприклад, в кислому середовищі при рН менше 3 і в лужному при рН більше 8 пластівцеподібні дріжджі стають пиловидними. Пластівцеподібні дріжджі в порівнянні з пиловидними мають більш крупні клітини, дають більший приріст біомаси, володіють меншою бродильною активністю, утворюють менше діацетилу і вищих спиртів в пиві, що позитивно відображається на його якості.
3) наявність розчиненого кисню в суслі сприяє кращому розмноженню дріжджів.
4) наявність помірного живлення і амінокислот і цукрів.
Пивні дріжджі володіють цілим рядом специфічних властивостей, які відрізняють їх від дріжджів, що застосовують в інших виробництвах. Головним показником, що характеризує бродильну активність пивних дріжджів, є ступінь зброджування сусла.
(С – е )
Е = С * 100 , %
Е – це відношення кількості зброджених екстрактивних речовин до концентрації початкового сусла і виражається у відсотках.
За ступенем зброджування сусла дріжджами їх поділяють на три групи: низькозброджуючі, що забезпечують лише 80% ступеня зброджування; середньозброджуючі та високозброджуючі, що забезпечують відповідно 80-90 і 90-100% зброджування. Ступінь зброджування сусла залежить від того, наскільки глибоко зброджується мальтотріоза.
Вимоги до дріжджів.
- бути стійкими до етанолу,
- володіти високою флокуляційною здатністю,
- повільно й повно осідати після головного бродіння і у кінці доброджування,
- повинні помірно розмножуватись,
- бути стійкими до автолізу та дії інших мікроорганізмів (інфекції),
- зберігати протягом 10-12 і більше генерацій характерні для них морфолого-фізіологічні властивості.
Діацетил, що має сильний запах, є найважливішим ( негативним) ароматичним компонентом і тому його кількість до деякої міри може визначати зрілість і якість готового напою. Наявність незбродженої мальтози й кисню стимулює його утворення, особливо коли дріжджі розмножуються й відбувається енергійний обмін речовин. Надмірне накопичення небезпечне, тому що надають пиву нехарактерного для нього «масляного» або «медового» присмаку. Концентрація цих речовин при доброджу ванні пива зменшується, цьому сприяє тиск і «промивання» пива бульбашками СО2.
Особливості рас дріжджів, які використовуються при цьому.
Правильний вибір раси дріжджів має велике значення для виробництва. Найбільш цінні ті раси, які глибоко і швидко зброджують екстракт сусла й осідають на дно, утворюють чисте освітлене прозоре пиво з повним смаком і ароматом.
У пивоварінні широко застосовують дріжджі раси 776, 41, 44 – середньозброджуючі, з високою здатністю до осадження та освітлення. Пиво з ним має м’який, повний і чистий смак; раса 11 – сильнозброджуючі з високою здатністю до освітлення.
Дріжджі рас S і Р ( львівська раса) – середньозброджуючі, з високою здатністю до осідання й освітлення пива. Смак і аромат пива добрі.
Дріжджі раси F (чехословацька раса) – швидко- й сильнозброджуючі, освітлення пива добре, смак приємний.
Дріжджі раси 8а (М) сильнозброджуючі, добре освітлюють пиво, глибоко його зброджують і зумовлюють приємний смак.
Нова німецька раса дріжджів 34-N прискорює процес бродіння і має високу здатність до освітлення пива.
Дріжджі верхового бродіння застосовують рідше і в основному для одержання темних або спеціальних сортів пива. Дріжджі штаму 191-К використовують для виготовлення спеціальних солодких темних сортів пива, зокрема Оксамитового. Вони не зброджують лактозу та рафінозу.
У виробництві пива з метою поліпшення його аромату й смаку застосовують змішані раси дріжджів або здійснюють бродіння різними расами з наступним змішуванням молодого пива в апаратах доброджування.
Розмноження і розвиток дріжджів.
Для свого розвитку, росту й розмноження дріжджова клітина потребує речовин, розчинних у воді. Цитоплазматична мембрана пропускає живильні речовини в клітину й запобігає їх поверненню до середовища. Вода ж повільно проходить в клітину й виходить з неї. У водних розчинах, що містять невелику концентрацію речовин, завжди встановлюється деяке надходження води в клітину. Вода створює тиск всередині клітини і протоплазма виявляється щільно притисненою до стінок клітини. За такого стану, що називається тургором, швидко й нормально відбуваються всі процеси обміну в дріжджовій клітині. У нормальному стані будь-яка клітина володіє певним тургором.
У разі різкого зниження концентрації речовин у живильному середовищі утворюється велика різниця осмотичних тисків між клітиною і середовищем і це спонукає більш швидкий і значний приплив води із середовища до протоплазми клітин, які при цьому надто розбухають – відбувається так званий плазмоптис. У середовищі з високою концентрацією будь-яких речовин ( цукру, солей), тобто коли осмотичний тиск у зовнішньому середовищі значно вищий, ніж у самій клітині, встановлюється потік води з протоплазми клітин зовні. Тургор клітини порушується. Зі зменшенням води у протоплазмі вона стискується й починає відставати від клітинної оболонки- відбувається плазмоліз дріжджової клітини.
Під розмноженням розуміють збільшення маси дріжджів від маси в одній пробірці до маси маточних дріжджів, яка необхідна для внесення в бродильний апарат.
Розмноження дріжджових клітин відбувається брунькуванням – основний шлях їх нагромадження за нормальних умов, хоча в деяких випадках відбувається спороутворення. Спочатку на материнській клітині утворюється маленька дочірня брунька, яка швидко росте й, досягнувши відповідної величини, відокремлюється від материнської клітини і веде самостійне життя - асимілює поживні речовини й розмножується. Період часу від початку брунькування материнської клітини до брунькування дочірної називають тривалістю генерації. Причому за кожну генерацію кількість дріжджових клітин збільшується вдвічі, за другу із двох – чотири, за третю з чотирьох – вісім клітин і т.д.
Хорошим поживним середовищем для дріжджів є пивне сусло.
Розрізняють чотири фази росту клітин.
1. Латентна фаза ( стаціонарна або лаг-фаза), у якій культура протягом кількох годин пристосовується до нового середовища до того, поки не почне рости. Тривалість фази 1-1,5 доби.
2. Логарифмічна фаза характеризується найбільшим ростом культури. Всі дріжджові клітини активно бродять і знаходяться у завислому стані. Тривалість стадії 2 доби.
3. Максимальна стаціонарна фаза. Молоді клітини підростають і вирівнюються морфологічно й фізіологічно. Швидкість розмноження сповільнюється. Тривалість 2,5-3 доби.
4. Фаза уповільнення або затухання (інгібіції) росту – характеризується зниженням активності дріжджових клітин. Дріжджові клітини не розмножуються, тому що зменшилася кількість поживних речовин і збільшилася кількість продуктів обміну. Розмноження дріжджів припиняється, клітини відмирають і осідають на дно бродильного апарату. При недостачі живлення у зароджуваному середовищі може наступити автоліз дріжджів – само розчинення дріжджів і вони втрачають свої властивості. При незначному автолізі дріжджів з’являється слабий дріжджовий присмак, при сильному автолізі – гіркий неприємний присмак дріжджів і з’являється колоїдне помутніння дріжджових частин.
Розведення чистої культури дріжджів.
Чистою культурою називають дріжджі, виведені з однієї клітини. Тільки у цьому випадку можна уникнути інфекції дріжджової маси і шляхом селекції, тобто багаторазовими пересівами, збільшуючи кожний раз живильне середовище у кілька разів, одержати потрібну кількість чистих дріжджів.
Найкраще зберігати чисті культури у стерильному 10%-му розчині цукрози; дріжджі тут не ростуть, але й не гинуть. За температури нижче 15°С культура витримує без пересіву 1-2 роки.
Для вирощування чистої культури дріжджів важливі наступні умови:
- Дотримуватись стерильності. Мікроорганізми, що потрапили вже не можливо видалити, так як мають вони ті ж умови існування що і дріжджі.
- Для швидкого росту дріжджів і отримання здорової, активної культури є інтенсивна аерація стерильним повітрям.
- При температурі 20-25°С дріжджі розмножуються швидше, ніж при більш низьких температурах. Однак для того щоб дріжджі змогли нормально збродити сусло при приготуванні пива, в ході вирощування чистої культури необхідно температуру поступово наближати до значень, що використовують на виробництві.
- Для розведення чистої культури використовують готове охмелене сусло, так як гіркі речовини хмелю діють на сторонню мікрофлору цим самим гальмуючи їх розвиток.
Весь процес розведення складається з двох стадій:
- лабораторної ( розведення дріжджів в мікробіологічній лабораторії),
- виробничої ( розведення у відділенні чистої культури).
1) Лабораторна стадія складається з декількох послідовних пересівів. Спочатку чисту культуру з пробірки пересівають в колбочки на стерильне сусло, потім переводять дріжджі з стерильним збродженим суслом на нове стерильне сусло, об’єм якого від пересіву до пересіву збільшується в декілька разів ( 300 см3, 500 см3, 1 дм3, 6 дм3). Для розведення чистої культури в лабораторії використовується пробі рка з 5мл сусла, в якій вже знаходиться колонія дріжджів.
Рожмноження (пропагація) дріжджів проходить таким способом, що
вміст колби переливається на стадії високих завитків в наступну колбу, з
об'ємом в 10 раз більше, ніж попередня колба.
Починаючи з об'єма 10 л використовуються колби Карлсберга. Зазвичай
використовують:
- маленькі колби Карлсберга місткістю 8-10 л;
- великі колби Карлсберга місткістю 20-25 л.
 |
Колба Карлсберга герметично закрита різьбовим з'єднанням з ущільнювачем(4,5).
Більшість колб оснащені ручкою (6) для полегшення переносу колби, фільтром для стерилізації повітря (1) і пробовідбірником (2) чи трубкою для наповнення і спорожнення колби зі шланговим затискачем. Гнучка трубка
з'єднана з підйомною трубкою, що доходить до дна ємності. Колба стерилізується разом з суслом. Після охолодження до температури внесення дріжджів проходить пересів культури. Для цього більшість
|
Стерильне повітря підводиться до пробовідбірника (2) і подається по підйомній трубці в сусло знизу; це стимулює розмноження дріжджів. Коли досягається бажана концентрація клітин, через повітряний фільтр в колбу підводиться повітря під тиском, і колба спорожнюється через підйомний трубопровід і пробовідбірник.
Лабораторна стадія зброджування закінчується в мідній колбі Карлсберга на протязі 5-6 діб при 7-8 °С.
2) Виробнича стадія – це розведення дріжджів на стерильному охмеленому пивному суслі в спеціальних апаратах. Застосування таких апаратів доцільно тому, що з однієї лабораторної культури можна одержати багато генерацій і відпадає потреба постійно мати або виводити чисту культуру у лабораторії.
На вітчизняних пивоварних заводах зустрічаються апарати для розведення чистих культур дріжджів різних типів : Ганзена, Лінтнера, Коблітца, Грейнера. Але найбільш розповсюджений сучасний апарат Грейнера, пропагатор.
Апарат Грейнера для розведення чистої культури дріжджів.
Для приготування чистої культури дріжджів використовують апаратурну установку Грейнера . Вона складається з стерилізатора 3, бродильних циліндрів 2 (від одного до чотирьох залежно від кількості рас дріжджів, що розмножуються), резервуара попереднього бродіння 1 і посудини для маточних дріжджів 4. Всі місткості в установці Грейнера виготовлені з міді й луджені всередині чистим оловом.
У бродильних циліндрах здійснюють перший ступінь розмноження чистих культур дріжджів.
Вони обладнані маточниками для зберігання чистої культури дріжджів.
ЇЇ відбирають із них після кожного циклу бродіння і використовують як посівний матеріал для введення в циліндр із стерильним суслом перед наступним циклом бродіння.
На кришці циліндра змонтовані два оглядових скла і два штуцери, один з яких призначений для пересівання чистої культури, а другий — для з'єднання з трубопроводом, що відводить сусло. У днищі розміщений штуцер із краном для відведення зрілої культури в резервуар попереднього бродіння. Для стерильного фільтрування повітря, яке надходить у циліндр, призначені два фільтри. Повітрям же забезпечують і витіснення з циліндрів зрілих дріжджів.
У резервуарі попереднього бродіння здійснюють другий ступінь розмноження чистої культури дріжджів. Всередині нього змонтовані два змійовики, призначені для стерилізації й охолодження середовища. Приміщення з цією установкою обладнують холодильною системою і температура повітря в ньому підтримується на рівні 8—9 °С. Місткість окремих посудин установки Грейнера змінюють залежно від потужності заводу: при потужності 100 000 гл на рік місткість стерилізатора 360 л, циліндрів 180, посудини для маточних дріжджів 10, резервуара попереднього бродіння 2000 л.
Охолоджене простерилізоване сусло із стерилізатора під тиском стисненого повітря подається у циліндр і заповнює на 0,8 його об'єм. На стерильне сусло пересівають чисту культуру дріжджів через спеціальний кран на кришці циліндра. Бродіння триває три доби, потім частину зрілої чистої культури з циліндра направляють на зберігання у скляну посудину для маточних дріжджів, а основну частину з циліндра передають у резервуар попереднього бродіння із стерильним суслом (температура 8 °С). Відібрану чисту культуру з посудини для маточних дріжджів направляють у бродильний циліндр, наповнюють його до встановленого рівня стерильним суслом із стерилізатора й залишають на бродіння — розмноження.
Резервуар попереднього бродіння стерилізують парою. Потім на 0,75 місткості його заповнюють суслом із холодильного апарата, підігрівають до кипіння, охолоджують
до 8 °С, поміщають у нього чисту культуру дріжджів і залишають на три доби. Зброджену чисту культуру дріжджів направляють у спеціальний апарат попереднього бродіння місткістю 100 гл, заповнений 30 гл сусла температурою 7 °С. Через 12 год апарат доливають суслом (40 гл), зброджують при температурі 7,5-8 °С протягом 36 год і перекачують в апарат головного бродіння на 300 гл, у який попередньо набрано 70 гл сусла температурою 7-7,5°С. Через 24 год головного бродіння апарат заливають суслом і продовжують бродіння, контролюючи температуру, концентрацію зароджуваного сусла та ступінь освітлення.
Розмноження дріжджів в пропагаторі.
Пропагатори мають охолоджувальні рубашки, що охолоджуються за рахунок води або аміаку. В підготовлений пропагатор набирається 18 гл холодного сусла
t 9 °С. Автоматично включається програма стерилізації. Сусло стерилізується 20 хв при t 102 °С і охолоджується до t 15 °С. Коли сусло підготовлене лабораторія засіває розводку ЧКД із колби Карлзберга. Коли кількість дріжджових клітин досягне 80 млн. дріжджових клітин в 1 см3 сусла, доливають суслом. Зброджування ведеться протягом 1,5 доби до досягнення концентрації сусла 11,5 – 12 % мас. і до накопичення біомаси дріжджів 100-140 млн. дріжджових клітин.
Під час розмноження дріжджів їх аерують стерильним повітрям через кожні 0.5 год на протязі 15 хв. і підтримують температуру в пропагаторі, шляхом подачі холодоагенту в охолоджуючі рубашки.
Після перевірки мікробіологічних показників, дріжджі стисненим повітрям передавлюють в бродильні апарати.
Використання сім’яних дріжджів
Один раз виведені дріжджі можна використовувати декілька разів. Дріжджі, які використовуються повторно називаютьсязасівними ( сім’яними). Кожне повторне використання дріжджів називається генерацією. При достатній біологічній чистоті можна використовувати до десятої – двадцятої генерації.
Оскільки дія дріжджів після кількох генерацій послаблюється, рекомендується обмежувати кількість генерацій (3-5 генерацій).
Література [ 1, с. 200-216]; [2, с.89-111]; [3, 143-149]; [4, с. 323- 326] [13, с.158-161].
с/р [1, с. 253 - 256];[2, с.111 – 115; 124-126]; [3, с. 159-160]; [4, с. 326-330, 338-341], [13, с.160-161].
Запитання для самоконтролю
1. Які існують способи зброджування пивного сусла?
2. Який спосіб зброджування найчастіше використовується на пивзаводах?
3. Види розмноження дріжджів.
4. Вимоги до дріжджів.
5. Що таке чиста культура дріжджів ?
6. Які дріжджі використовують в пивоварінні?
7. Які раси дріжджів використовують в пивоварінні?
8. В чому суть розмноження дріжджів в лабораторії?
9. Які апарати використовуються для розмноження дріжджів на виробництві?
10. Порядок проведення розмноження в апараті Грейнера.
11. Як відбувається розмноження в пропагаторі?
12. Що розуміють під сім’яними дріжджами?
Тема 7.2. Головне бродіння, доброджування
План уроку
1. Мета головного бродіння.
2. Процеси, які проходять при головному зброджуванні: біологічні, біохімічні та фізико-хімічні.
3. Фактори, які впливають на процес зброджування.
Мета головного бродіння.
Головна мета бродіннязбродити цукри пивного сусла і перетворити їх в спирт і вуглекислий газ з виділенням теплоти.
Бродіння сусла проходить у дві стадії. Першу прийнято називати головнимбродінням, а другу – доброджуванням.
Перша стадія характеризується більш або менш інтенсивним бродінням, в ході якого більша частина цукру, що зброджується перетворюється в спирт і СО2. Головне бродіння проводиться у відкритих або закритих бродильних апаратах при температурі зброджую чого сусла 6-10°С і в залежності від концентрації сусла триває 6-10 діб. Приміщення, в якому знаходяться бродильні апарати для проведення головного бродіння, називається бродильним відділенням.
Продукт головного бродіння – молоде пиво, ще досить мутне, має своєрідний аромат і смак і не придатне до споживання. Молоде пиво для доброджування і дозрівання направляють в закриті апарати для доброджування, які знаходяться в спеціальному приміщенні, яке називається відділенням доброджування пива.
Бродіння складається з ряду технологічних операцій:
- розброджування робочих дріжджів;
- приймання сусла в бродильні апарати й внесення в них дріжджів;
- зброджування сусла в бродильних апаратах та охолодження молодого пива;
- перекачування молодого пива на доброджування й дозрівання;
- знімання дріжджів і підготовка їх до наступного бродіння;
- підготовка бродильного апарату до бродіння.
Процеси, які проходять при головному зброджуванні: біологічні, біохімічні та фізико-хімічні.
Під час головного бродіння проходять зміни складу сусла за рахунок біологічних, біохімічних і фізико-хімічних процесів.
До біологічних процесів відноситься розмноження дріжджів. В пивному суслі містяться всі поживні речовини, які необхідні для нормального розмноження і розвитку дріжджів. Найбільш інтенсивне розмноження дріжджів проходить на початковій стадії головного бродіння. Кількість дріжджових клітин в кінці головного бродіння збільшується в 2-5 раз. В умовах проведення головного бродіння одночасно проходить як розмноження дріжджів, так і бродіння.
Основнимбіохімічним процесом при головному бродінні являється перетворення зброджуючи цукрів в етиловий спирт і вуглекислий газ.
Більша частина екстракту сусла складається з вуглеводів, з них біля 75% зброджується ( зброджуючи цукри).
Частина екстракту складають незброджуючі речовини. До них відносяться декстрини, білки, мінеральні речовини і ін.
Цукри зброджуються у визначеній послідовності, що обумовлено швидкістю їх проникнення в дріжджову клітину. В першу чергу зброджуються фруктоза і глюкоза. Сахароза попередньо гідролізується ферментом β-фруктофуранозідазою дріжджів до глюкози і фруктози, які також витрачаються в першу чергу. Після фруктози і глюкози дріжджі поглинають мальтозу, яка під дією ферменту α-глюкозідази перетворюється в легкозброджуючу глюкозу. Мальтотріоза витрачається дріжджами повільно і не повністю.
При головному бродінні в якості побічних продуктів бродіння із амінокислот утворюються вищі спирти, які вказують вплив на аромат і смак пива. Бродіння супроводжується утворенням кислот – янтарної, оцтової, молочної, лимонної.
Шкідливий вплив на якість пива вказують продукти бродіння диацетил і ацетон, яких багато в молодому пиві. Діацетил надає пиву медовий смак в писмак, а ацетон – затхлий присмак. При доброджуванні концентрація цих речовин різко знижується і їх вплив на смак і запах стає незначним.
При бродінні збільшується активна кислотність внаслідок утворення вугільної кислоти і карбонових кислот ( янтарної, молочної), і послідовно рН зменшується. рН початкового сусла 5,3-5,6, а молодого пива 4,3 – 4,5. Найбільше зниження рН проходить на 3-й день бродіння.