Тема 4.3. Одержання концентрованих та очищених

ферментних препаратів

 

План уроку

1. Отримання очищених ферментних препаратів.

2. Характеристика основних стадій отримання концентрованих ферментних препаратів.

 

Отримання очищених ферментних препаратів.

 

Очищені ферментні препарати одержують із сухих культур мікроорганізмів.

Очищені протеолітичні ферменти отримують із культури гриба Asp. flavus, який володіє високою протеолітичною активністю.

Суха культура гриба містить 60% нерозчинних речовин (залишків висівок), 10% води і 30% екстрактивних речовин. В такому вигляді вона може бути використана в якості технічної культури в пивоварному виробництві. Для звільнення від нерозчинних речовин суху культуру гриба промивають водою, при цьому ферменти і інші екстрактивні речовини переходять в розчин.

Технологічна схема одержання очищених ферментних препаратів включає в себе наступні стадії:

- екстрагування ферментів;

- очистка ферментної витяжки фільтруванням;

діаліз;

- осадження ферментів і відокремлення осаду, який випав ;

- сушіння, подрібнення і упаковка препарату.

І стадія

Для звільнення від нерозчинних баластних речовин суху культуру гриба промивають водою температурою 20-25° ( екстрагують), при цьому ферменти та екстрактивні речовини переходять у розчин. Екстракцію проводять в батареї з кількох дифузорів методом дифузії, по принципу протитокового вилужування. Він полягає в тому, що при встановленому режимі роботи найбільш концентровану витяжку направляють на свіжу порцію сухої культури гриба, а на вилужений залишок культури гриба подають чисту воду. Дифузор заповнений свіжою порцією сухої культури, називають головним дифузором; дифузор, в який поступає вода – хвостовим дифузором. Пройшовши послідовно через всі дифузори, вода збагачується екстрактивними речовинами і одержують ферментну витяжку.

ІІ стадія

Одержану витяжку з вмістом екстрактивних речовин 10-11% фільтрують через азбестову фільтр масу, фільтраційний картон або звичайний фільтрувальний папір для відокремлення живильного середовища, спор грибів, дрібний тканей.

ІІІ стадія

Після фільтрації витяжку піддають діалізу.

Діаліз – це дифузія розчинених речовин через мембрану - напівпроникне ну перегородку, яка пропускає тільки ті речовини, розміри молекул яких менші діаметра її отворів. Ферменти відносяться до високомолекулярних сполук, тому вони не можуть пройти через отвори перегородки, а мінеральні речовини, азотисті солі є розчинними низькомолекулярними речовинами, тому і проходять через них. Діаліз проводиться в спеціальному сосуді-діалізаторі потоком води на протязі 24-27 год; при цьому із ферментної витяжки видаляється біля 60% баластних розчинних речовин. . В якості мембрани використовують рослинний пергамент, целофан .

IV стадія

Осаджування ферментів з витяжки проводять в спеціальних апаратах, які називаються осаджувачами, 70%-ним етиловим або 55%-ним ізопропіловим спиртом.

Переваги використання ізопропілового спирту:

- в два рази менша витрата;

- краще відбувається осадження;

- активність ферментного препарату приблизно вдвічі більша;

- ізопропіловий спирт дешевше.

Осад ферментів, який випав відокремлюють центрифугуванням під дією відцентрової сили на центрифугах.

V стадія

Одержані ферментні препарати мають підвищену вологість, тому їх піддають висушуванню на спеціальних сушарках, застосовуючи м’який температурний режим і по можливості швидко, щоб не пройшла інактивація ферментів. Температура сушильного агенту ( повітря) не більша 40-45°С. Тривалість сушіння 6-8 год. Ферментний препарат висушують до вологості 8-10 %. Потім подрібнюють на дробарках і розфасовують в герметичну скляну або залізну тару.

Після відділення ферментного осаду в центрифузі залишається розбавлений етиловий або ізопропіловий спирт. Для повторного використання його з метою підвищення міцності піддають перегонці.

Характеристика основних стадій отримання концентрованих ферментних препаратів.

Глибинні культури мікроскопічних грибів у рідкому стані не можуть зберігатися тривалий час без втрати активності, перевозити їх на великі відстані внаслідок в них великої кількості води (95-96%). Тому, щоб постачати глибинну культуру на інші пивзаводи, спиртзаводи її потрібно попередньо концентрувати.

Концентрування можна здійснювати на вакуум-випарних установках з отриманням сиропів, або на розпилюючи сушарках з утворенням порошкоподібного ферментного препарату.

Але ці способи не знайшли широкого застосування. Зараз розроблений спосіб концентрування глибинних культур ультрафільтрацією.

В основі способу лежить проведення процесу фільтрації через ряд напівпроникнених мембран, в результаті чого ферменти і інші високомолекулярні речовини затримуються або виводяться з апарату у вигляді концентрованого сиропу. Вода і частина низькомолекулярних речовин проходять через мембрани і видаляються.

Перед подачею на установку чиста рідка культура з достатньою ферментативною активністю направляється на фільтрпрес і центрифугу. Після відокремлення міцелію і інших зважених частинок очищену культуральну рідину насосом подають на ультрафільтраційний апарат.

Головна частина фільтруючих елементів – напівпроникнені мембрани з визначеним діаметром отворів. При проходженні через три контура концентрація сухих речовин збільшується від 1-2% до 20%. Фільтрат з кожного контура видаляють в каналізацію, а концентрат відводиться в окремий збірник або розливається в бачки з нержавіючої сталі і поліетиленові каністри і транспортується споживачам.

Одержання концентрованих та очищенних ферментних препаратів.

Глибинні культури не можуть зберігатись тривалий час в рідкому стані без втрат активності, перевозити їх економічно недоцільно, оскільки в них велика кількість води (до 95-96%). Тому краще одержані технічні культури концентрувати.

Концентрування можна проводити упарюванням під вакуумом на випарних установках з одержанням сиропів при температурах, які забезпечують збереження ферментів, або висушуванням на розпилювальних сушарках з одержанням порошкоподібних ферментних препаратів.

Проте ці способи широкого розповсюдження не набули, а зараз широко використовується спосіб концентрування глибинних культур ультрафільтрацією.


В основі способу лежить процес фільтрації ферментованого середовища через ряд напівпроникних мембран, внаслідок чого ферменти та інші високомолекулярні сполуки затримуються або виводяться з апарату у вигляді концентрованого сиропу. Вода і частина низькомолекулярних речовин проходять через мембрани і видаляються. Процес одержання концентрованих ферментних препаратів показаний на рис.

Перед подачею на установку чиста рідка культура з достатньою ферментативною активністю направляється спочатку на фільтр-прес, а потім на суперцентрифугу. Після відділення міцелія та інших взважених частинок очищену культуральну рідину насосом подають в установку, яка розділена на три циркуляційні контури, кожен контур має в своєму складі циркуляційний насос, п'ять послідовно встановлених ультрафільтраційних апаратів, теплообмінник, регулюючий вентиль, витратомір. Головна частина фільтруючих апаратів – напівпроникні мембрани з певним діаметром пор. Через мембрани проходить вода, низькомолекулярні речовини, а високомолекулярні речовини (ферменти) затримуються на мембрані. Вид руху рідини – турбулентний. При цьому температура рідини поступово збільшується. Для відводу тепла в кожному контурі встановлюється теплообмінник, в якому охолоджуючий агент – вода. При проходженні культурального середовища від контура до контура концентрація сухих речовин зростає: в контурі А від 1 -2% до 4-5%, в контурі Б до 8-9%, а в контурі В – до 20%. Фільтрат з кожного контура зливається в каналізацію, а концентрат відводиться в збірник і розфасовується в тару.

 

Література:[12, с. 74-76, 84-89]; [ 13, с.174-178].

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Що таке очищені і концентровані ферментні препарати?

2. Як отримують очищені ферментні препарати?

3. В чому особливість отримання концентрованих ферментних препаратів?


РОЗДІЛ 5. ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ВИРОБНИЦТВА ПИВА

План уроку

 

1. Сорти пива.

2. Властивості пива.

3. Хімічний склад пива.

4. Характеристика основних технологічних стадій виробництва пива.

Пиво – являє собою слабоалкогольний пінистий, насичений диоксидом вуглецю напій, що добре втамовує спрагу, підвищує тонус організму людини, поліпшує обмін речовин, засвоюваність їжі, має профілактичні властивості.

Пиво одержують із пророслих і непророслих зернових культур спиртовим зброджуванням охмеленого сусла пивними дріжджами.

Кожний сорт пива характеризується певним ароматом, смаком, кольором, наявністю екстрактивних речовин, вмістом алкоголю і ступенем зброджування. Для приготування пива будь-якого сорту необхідно насамперед знати, які ж аромат та смак воно повинне мати ,і які його основні фізико-хімічні показники, який склад сировини. За цими ознаками всі сорти різняться між собою.

Пивоварна галузь в Україні, Росії спеціалізується на виробництві таких трьох сортах:

світле; темне; напівтемне.

Світле пиво готують в основному з використанням світлого солоду та несолодованої сировини ( ячмінь, рис, кукурудза). Світлі сорти пива внаслідок низького вмісту ароматичних речовин, володіють менш вираженим солодовим ароматом і смаком, ніж темні. В них переважає аромат і смак хмелю.

При виробництві темного пива, крім світлого використовують солод темний та спеціальні сорти ( карамелевий, палений), чим і досягається їх більш інтенсивне забарвлення, солодовий аромат і солодкуватий смак.

Напівтемне – невелика кількість темного солоду.

Пиво в залежності від масової частки сухих речовин в початковому суслі поділяється на 20 груп:

- 8 %-не світле;

- 9% -не світле;

- 10% світле, напівтемне;

- 10,5% світле, напівтемне;

- 11% світле, напівтемне, темне;

- 12% світле, напівтемне, темне і т.д.;

- 20% світле, напівтемне, темне.

В світлих фірмових сортах допускається концентрація початкового сусла 10-18% і 20, в темних 12-21%.

Згідно ДСТУ 3888-99 пиво за способом оброблення поділяють на фільтроване і не фільтроване.

Фільтроване в свою чергу поділяється на пастеризоване і не пастеризоване.

Не фільтроване –поділяється на освітлене та неосвітлене.

Властивості пива.

Пиво – складна система органічних і неорганічних речовин ( ≈400 сполук), що визначають високу якість і необхідність цього продукту для людини.

При вживанні пива в помірній кількості це є засобом боротьби з алкоголізмом, ожирінням.

Пиво має фізіологічну дію на організм людини, діє заспокійливо, має психологічну дію ( поліпшує душевний стан). Використовується в кулінарії, як косметичний засіб, лікує зубний біль.

Великим постачальником енергії в пиві є алкоголь. Завдяки низькому вмісту при помірному вживанні пива він в організмі людини майже повністю окислюється до СО2 і води. Отже, хоч алкоголь не є поживною речовиною- з нього не будуються клітини, але він економить енергію, на здобуття якої організм витрачав би поживні речовини.

Крім поживних речовин пиво містить важливі речовини з точки зору фізіології харчування: вуглекислий газ, який сприятливо діє на органи травлення; високомолекулярні білки й губоподібні речовини, які забезпечують хороший обмін речовин; гіркі хмельові речовини, котрі підтримують секрецію жовчі й також поліпшують травлення.

Вітаміни пива, особливо В-комплекс, здатні задовольнити їх потребу дорослої людини від 10 до 35%.

Для збереження властивостей пива, його не слід пити з іншими напоями, розбавляти спиртними.

Найважливішими властивостями пива є: смак і запах, колір і прозорість, піноутворення і стійкість піни.

Колір пива є характерною ознакою окремих його типів. Різницю у кольорі кожного типу пива визначає склад зернового засипу при затиранні. Для світлого пива колір повинен бути від золотисто-жовтого до жовтого, для темного – від жовтого до світлокоричневого.

Якісне пиво повинно бути настільки прозорим, що при перегляданні на світло іскриться й заохочує до споживання.

Колір пива, розлитого у транспортну тару, як правило, вже не змінюється. Зміни його можуть відбутися внаслідок окислення при пастеризації. Такий самий вплив може мати пряме сонячне світло, від дії якого пиво потрібно захищати. Світлі сорти мають колір від 0,5 до 1,8 см3 розчину йоду концентрацією 0,1 моль/дм3 на 100 см3 води, темні сорти – від 4,0 до 8,0 і більше см3 розчину йоду концентрацією 0,1 моль/дм3 на 100 см3 води.

Піностійкіість – це важливий показник, що характеризує якість пива. Вона характеризується двома показниками – висотою піни і стійкістю піни.

Піна – це гетерогенна система, являє собою бульбашки диоксиду вуглецю обгорнуті рідиною ( пивом). Пінистість обумовлюють білки, декстрини, меланоїдини, гіркі речовини хмелю.

Смак пива визначається його типом. Кожне пиво повинно мати чистий смак і округлений, повний і свіжий запах.

У світлих сортів пива повинна переважати тонка хмельова гіркота, яка повинна швидко зникати.

Темне пиво буває солодкуватим, з чітко вираженим карамельним смаком. Після споживання темне пиво залишає на язику смак тільки від солоду, а хмельова гіркота буває майже непомітною.

Важливою властивістю кожного типу пива є повнота смаку. ЇЇ створюють не тільки декстрини й меланоїдини, а інші речовини (пентозами, етанол, вищі спирти, ефіри та деякі амінокислоти.

Крім того на смак впливають смак солоду і води, якість хмелю, раса дріжджів, дотримання технологічного процесу приготування.

Стійкість. Видимою ознакою, за якою визначається стійкість напою, є прозорість. Стійкість пива виражається кількістю діб на протязі яких воно зберігає прозорість, смакові якості, зовнішній вигляд.

Помутніння пива відбувається з різних причин. Відрізняють помутніння біологічні, що утворилися внаслідок розмноження дріжджів або інших м/о, і небіологічні (колоїдні).

Причини, що викликають зниження стійкості:

- розвиток м/о;

- порушення колоїдної рівноваги;

- недостатньо зброджене пиво;

- недостатньо насичене диоксидом вуглецю та дотик з киснем повітря.

Хімічний склад пива.

Хімічний склад пива коливається у досить широких межах і залежить від типу й сорту пива, складу зернопродуктів, що переробляються, складу екстрактивних речовин й ступеня зброджування. На якість пива впливають продукти спиртового бродіння, тобто спирт і СО2, побічні продукти – вищі спирти, альдегіди, органічні кислоти, ефіри, гліцерин.

В готовому пиві міститься біля 90% води, 2,8-6 % спирту, 0,3-0,4 % диоксиду вуглецю, 5,5-10% екстрактивних речовин.

Стандарт встановлює максимальну кислотність, величина вище якої вказує на порушення технології або антисанітарні умови виробництва напою. Нормальний рН пива становить 4,4-4,6.

Кольорність пива є основною специфічною ознакою типу пива. Колір вказує на характерні особливості окремих сортів пива, головним чином смакові. Недотримання потрібного за стандартом кольору для світлого пива не допускається, причому більшим недоліком вважається більш темний, ніж занадто світлий колір.

 

Характеристика основних технологічних стадій виробництва пива.

Технологічна схема виробництва пива із солоду складається з декількох етапів: очистка і подрібнення зерно продуктів ( солоду і ячменю), приготування охмеленого пивного сусла ( приготування і фільтрація затора, кипятіння сусла з хмелем, його освітлення і охолодження), зброджування його спеціальними расами дріжджів, доброджування і дозрівання пива, освітлення і розлив пива( готового).

Принципова технологічна схема виробництва пива


Сусло і промивні води

 
 


Охмелене сусло

 

               
   
 
   
 
ЧКД, холодоагент
 
 
   


Молоде пиво

       
 
  СО2
 
   

 

Перед подрібненням солод необхідно очистити від домішок і пилу на солодо-полірувальній машині.

Подрібнену зернову сировину змішують з водою у відношенні приблизно 1:4. Основна мета затирання — перетворення крохмалю й інших речовин солоду в низькомолекулярні з'єднання, які використовують дріжджі.

Процес затирання сировини, у залежності від необхідних показників пива, мо­же бути проведений одним з наступних способів:

настійний спосіб затирання — рекомендується використовувати при пере­робці високоякісного добре розчиненого солоду. При цьому потрібний ступінь гідролізу складових частин солоду відбувається під дією солодових ферментів у результаті повільного нагрівання від 40 до 72 °С з витримкою температурних па­уз при 40 °С; 52 °С; 63 °С; 70 °С, при умовах, оптимальних для дії різних груп фер­ментів. Повнота гідролізу контролюється по йодній пробі, продукти розпаду крохмалю не повинні змінювати забарвлення йодного розчину;

вїдварочні способи затирання застосовують при роботі із солодом пониженої якості.

Основа цих способів полягає в кип'ятінні частини затору з метою клейстери-зації крохмалю, що міститься в ньому, і підвищення виходу екстрактивних ре­човин.

У процесі затирання витримуються температурні паузи, оптимальні для фер­ментативного гідролізу речовин сировини, в основному ті ж, що при настійному способі.

Використовують одно-, двох- і трьохвідварочні способи, у залежності від чис­ла відборів частин затору для кип'ятіння. При поверненні гарячої відварки в ос­новний затор його температура підвищується до рівня наступної паузи.

При використанні як добавки ячменю, рису, кукурудзи чи іншої несолодженої сировини в кількості більш 15 % від загальної маси зернопродуктів потрібне вне­сення джерел ферментів ззовні, на додаток до ферментів солоду. Для цієї мети за­стосовують ферментні препарати, отримані при культивуванні деяких мікроор­ганізмів.

Отриманий оцукрений затор направляють на фільтрування. При фільтруванні затору розрізняють дві стадії: відділення першого сусла і вимивання екстрактив­них речовин, що містяться в дробині. Температура затору і води, використовува­ної для промивання шротини, повинна бути 78—80 °С. Сусло і промивні води по­винні стікати максимально прозорими, тому що в противному випадку значно погіршується освітлення сусла, а готове пиво може мати грубий смак і не власти­ву йому гіркоту.

Вимивання екстрактивних речовин ведеться до вмісту масової частки сухих речовин у промивній воді 0,5—0,7 %. Відфільтроване сусло і необхідна кількість промивних вод збираються в сусловарильному котлі, де вихідні компоненти піддаються кип'ятінню з хмелем. Застосовують хміль у вигляді шишок або різні продукти його переробки (пресований, брикетований, гранульований, хмелеві ектракти й ін.). Ціль кип'ятіння сусла з хмелем — стабілізація складу сусла і його ароматизація. Кип'ятінням досягається розпарювання сусла до необхідної масо­вої частки сухих речовин, екстрагування з хмелю ароматичних і гірких речовин, руйнування ферментів, коагуляція білків і стерилізація сусла.

Тривалість кип'ятіння сусла з хмелем складає 2 години. Норму введення хме­лю або продуктів його переробки на 1 дал гарячого сусла визначають із врахуван­ням вмісту в них гірких речовин (кислот) і встановленої норми гіркоти на 1 дал гарячого пивного сусла для даного сорту пива.

Кінець кип'ятіння сусла визначається по масовій частці сухих речовин у ньо­му. Добре прокип'ячене сусло повинне бути прозорим, з великими пластівцями (коагульованих білків, що швидко осідають на дно. Отримане гаряче сусло івільняють від хмелевої шротини. Залишок сусла з хмелевої шротини вимивають гарячою водою, яку приєднують до основного обсягу сусла.

Гаряче охмелене сусло охолоджують до початкової температури бродіння. Од-зчасно при охолодженні осаджуються грубі і тонкі зависі, сусло насичується киснем, що сприяє інтенсивному розмноженню дріжджів.

Основний біохімічний процес при виробництві пива, що формує букет напою, — спиртове бродіння цукрів сусла під дією ферментів дріжджів. У пивоварінні ви­користовують дріжджі верхового і низового бродіння. Дріжджі верхового бродіння виду використовуються для одержання пива при підвищеній температурі (12—15 °С). За рахунок невеликих розмірів кліток ці дріжджі виносяться разом з пухирцями диоксиду вуглецю на поверхню сусла, що бродить. У вітчизняному пивоварінні в основному використовуються дріжджі низового бродіння. Ці дріжджі по закінченні процесу бродіння швидко осідають і утворюють на дні бро­дильного апарата щільний шар. Бродять вони активно при температурі 5—7 °С.

Для виробництва пива використовуються пивні дріжджі різних рас, тобто культур, що володіють стійкими ознаками. Вибір раси визначається специфікою технологічного процесу. Перед введенням дріжджів у сусло здійснюється їхня підготовка. Вона зводиться до нагромадження в умовах мікробіологічної стериль­ності біомаси дріжджових кліток у кількості, необхідному для початку процесу бродіння. У процесі бродіння пивного сусла розрізняють дві стадії: головне бродіння і доброджування. На першій стадії зброджується основна маса цукрів пивного сусла. У результаті цього процесу виходить молоде пиво. Бродіння ве­деться по визначеному температурному графіку. Тривалість головного бродіння залежить від прийнятих на заводі режимів бродіння, масової частки сухих речо­вин початкового сусла, складу сусла, кількості внесених дріжджів і т.п., складає 7—8 діб з моменту внесення дріжджів для пива з екстрактивністю початкового сусла 10-13 % і до 9—11 діб для пива з більш концентрованим суслом.

По закінченні головного бродіння молоде пиво з температурою не більше 5 °С перекачують на доброджування і дозрівання, а осілі дріжджі збирають, проціджу­ють і промивають водою з температурою 1—2 °С. Після цього дріжджі готові до повторного використання. Зберігають рідкі насінні дріжджі протягом 2-х діб під водою з температурою 1—2 °С.

Основна мета доброджування — одержання напою з приємним смаком, ха­рактерним специфічним для даного виду пива ароматом і достатнім насиченням диоксидом вуглецю. Це досягається в результаті складних фізико-хімічних і біохімічних процесів у молодому пиві при низькій температурі (0—2 °С) і над­лишковому тиску при участі дріжджових кліток, що залишилися. Тривалість доброджування для пива кожного сорту зазначена у відповідній нормативно-технічній документації. Для традиційних сортів пива вона складає: для "Жи­гулівського" — не менше 21 доби, "Ризького" і "Московського" — 42 доби, "Бе­резневого" і "Українського" — ЗО діб, "Ленінградського" — 90 діб, "Портеру" — 70 діб і т.д.

Для відділення від пива залишків дріжджів, додання йому товарного виду і за­безпечення стійкості при збереженні пиво піддають фільтруванню.

Хімічний склад пива в результаті цього змінюється незначно: трохи зни­жується забарвлення за рахунок адсорбування барвних речовин на фільтруючих матеріалах, губиться частина диоксида вуглецю, знижується в'язкість за рахунок видалення деяких колоїдних речовин. Освітлене пиво охолоджують, при не­обхідності додатково насичують диоксидом вуглецю і розливають у підготовлену тару (пляшки,бочки,кеги,автотермоцистерни).

Всі ці процеси складні , взаємопов’язані і порушення технологічних режимів на будь-якій стадії відображається на якості готового пива.

 

Література [1, с. 13 - 27], [3, с. 87-90], [4, с. 246-247].

 

Запитання для самоконтролю

1. Які сорти пива існують, чим вони відрізняються між собою?

2. Які властивості пива?

3. Який хімічний склад пива?

4. Назвіть основні етапи приготування пива?


РОЗДІЛ 6 ПРИГОТУВАННЯ ПИВНОГО СУСЛА

Тема 6.1. Очищення солоду від домішок після зберігання

План уроку

1. Очищення солоду від домішок.

2. Подрібнення сухого і попередньо-зволоженого солоду.

3. Особливості подрібнення несолоджених зернопродуктів.

4. Вимоги до складу продуктів подрібнення.

Очищення солоду від домішок.

Першим і основним етапом у виробництві пива являється приготування пивного сусла.

Пивне сусло –це основний напівфабрикат для виготовлення пива, який являє собою полідисперсну систему з вмістом цукристих, білкових та хмелевих речовин.

Найважливішим технологічним процесом при приготуванні сусла є перетворення в результаті ферментативних реакцій нерозчинних компонентів солоду і його замінників ( ячмінь, пшениця, рис , кукурудза) у розчинний екстракт.

Приготування пивного сусла складається з п’яти основних технологічних стадій:

1 . Підготовка зернопродуктів ( очищення, сортування, подрібнення).

2. Переведення екстрактивних речовин зерно продуктів (крохмаль, білки) у розчин, тобто сусло, в результаті приготування затору.

3. Фільтрування затору.

4. Охмелення сусла кип'ятінням його з хмелем або хмелевими препаратами.

5. Освітлення й охолодження сусла.

Всі ці операції проводяться на спеціальному обладнанні, які встановлені у варильному відділенні заводу. Варильне відділення поділяється на два відділення: подрібнення солоду, і варильне, де проводиться затирання, оцукрювання, фільтрація, кип’ятіння його з хмелем.

Підготовка зернопродуктів до затирання включає в себе очищення солоду і несолодованої сировини та подрібнення зернопродуктів.

Готовий відлежаний солод, не дивлячись на очистку його перед зберіганням, може містити деяку кількість пилу, залишків ростків, неповноцінних зерен і металічні предмети, які випадково попали. Кінцеве очищення його проводиться на полірувальних машинах і магнітних сепараторах.

Робота полірувальноїроботи наступна. Солод з приймального короба машини поступає на перше крупне сито, яке рухається. Крупні домішки ( каміння, обривки мішковини) затримуються на першому ситі і сходом видаляються з нього, а зерна солода проходять через його ячейки на друге мілке сито. На другому ситі солод утримується, а через ячейки просипаються в ситову коробку мілкі домішки і пил, які відсмоктуються вентилятором.

Солод з другого рухомого сита сходом направляється на швидко обертаючий барабан. Зерно відкидається щітками на рифлену поверхню барабану ( деку) і під дією ударів і тертя очищується від забруднення – полірується. Потік повітря, всмоктується вентилятором і очищує солод від пилу.

Полірований солод транспортується в бункер і потім на магнітні сепаратори для очистки від феродомішок.

Полірований солод зважують на автоматичних вагах і потім поступає в приймальний бункер солодової дробарки.

Контроль за роботою полірувальної машини заключається в перевірці відходів після полірування солоду. При правильній роботі машини у відходах повинні міститися пил, ростки і частинки оболонок. Наявність крупи вказує на пошкодження зерен солоду машиною, присутність цілих зерен – на дуже велике число оборотів вентилятора або на пошкодження сит.

Недоліком полірувальних машин є те, що в результаті проходить стирання і подрібнення крихкого зерна солоду, і створюються непотрібні його втрати. Тому останнім часом на сучасних заводах використовують повітряно-ситові сепаратори.

Втрати при поліруванні солоду коливаються від 0,1 до 1% від маси солоду. Нормативні втрати не повинні перевищувати 0,5 %.

Подрібнення солоду.

Мета подрібнення солоду - створити найбільш сприятливі умови для дії води на фракції помелу і тим самим забезпечити швидке розчинення речовин та перетворення нерозчинних речовин у розчинні, тобто забезпечити максимальне переведення екстракту солоду в розчин – сусло, під час затирання.

Солодове зерно складається із оболонок і ендосперму.

Оболонки ( квіткова, плодова і сім’яна) зерна складаються з целюлози, в яку вкраплені лігнін, поліфенольні та гіркі речовини. Целюлоза у воді не розчинна і в процесі затирання не змінюється, а гіркі, зольні і дубильні речовини, що містяться в оболонках частково в розчин, і погано впливають на смак і колір сусла, погіршуючи смак готового пива. Тому при подрібненні зерна оболонки повинні лишатися у вигляді великих частинок. Це забезпечує, з одного боку, при фільтруванні затору утворення пухкого фільтруючого шару, а з іншого – перехід у розчин меншої кількості речовин, які надають пиву неприємного, грубого смаку.

Сильно подрібнені оболонки погіршують і сповільнюють фільтрування затору. При тонкому помелі зерна оболонки щільно вкладаються у фільтраційному апараті, що призводить до зниження швидкості фільтрації затору і неповного вимивання екстракту.

Ендосперм складається в основному з крохмалю і білків, які іутворюють більшу частину екстракту і тому повинні майже повністю переведені у розчин, а цьому сприяє тонке подрібнення ендосперму.

Ендосперм має не однакову структуру в різних частинах зерна. Ферментативні процеси розчинення при пророщуванні починаються біля зародку і розповсюджуються до кінчика зерна, де розчинення відбувається пізніше і не так повно. Тому в ендоспермі завжди є менш розчинені та більш тверді частини, які гірше розмелюються . Тверді кінчики зерна лишаються менш подрібненими і дають грубий помел, що називається крупною крупкою. Нижня частина ендосперму під час подрібнення перетворюється в борошно або мілку крупку. Отже, подрібнений солод являє собою суміш частинок різної величини, які за розмірами і зовнішнім виглядом поділяються на оболонки, крупну та дрібну крупку ,і борошно.

Крупна крупка, що утворюється з твердих частин зерна, важко розчиняється й повільно оцукрюється і її частка у помелі повинна бути найменшою. Найкраще розчиняється й оцукрюється дрібна крупка і борошно. Але великий вміст борошна у помелі солоду також небажаний, бо викликає ускладнення при фільтруванні затору.

Отже, при подрібнені солоду його не розмелюють, а роздавлюють, зберігаючи максимально цілою оболонку, а із ендосперму намагаються одержати максимальну кількість однорідної дрібної крупки.

Склад помелу повинен бути:

- Лузга - 15-18%;

- Крупна крупка - 18-22%;

- Дрібна крупка - 30-35%;

- Борошно – 25-35%.

Існують два способи подрібнення – сухе і мокре.

Солод подрібнюють на спеціальних вальцевих або молоткових дробарках ( не забезпечують бажаного складу помелу) . Але на цей час використовують лише вальцеві дробарки.

Для сухого подрібнення використовують дво-, чотири- і шестивальцеві дробарки.

Двовальцеві дробарки недосконалі й дають грубий помел. Тому перевагу надають завжди чотири- і шести вальцьовим дробаркам, які дозволяють подрібнювати додатково деякі частини помелу.


Чотиривальцьові дробарки мають дві пари гладких вальців однакового діаметра, розміщений один над одним. Зверху встановлений рифлений валик, який забезпечує вертикальне положення зерен солоду. Верхня пара вальців виконує попереднє, грубе подрібнення( розплющування) солоду.

Чотиривальцьові дробарки бувають кількох конструкцій.

В одній конструкції розплющене зерно після першої пари вальців надходить до проміжної камери, де обертається пара вертушок у протилежному напрямі. Вони відкидають подрібнений солод на перфоровані стінки камери. Від удару борошно і крупка висипаються з оболонок, проходять через щілини стінок і виводяться в бункер. Груба частина помелу надходить на другу пару вальців на повторне використання. Грубої крупки тут значно менше, ніж в разі застосування двовальцьової дробарки.


Недоліком є те що дрібна крупка не повністю видаляється з помелу після верхньої пари вальців і піддається повторному подрібненню.

Більш вдосконаленими є сучасні чотиривальцьові дробарки з хитними ситами між верхньою і нижньою парами вальців. Сита безперервно струшуються, відокремлюючи оболонки і крупну крупку від дрібної крупки і борошна. Розплющений солод на першій парі вальців надходить до верхнього дрібного сита. Борошно та дрібна крупка провалюється через отвори цього сита сковзує на друге сито з більшими отворами, проходить його і виводиться з машини у бункер. Оболонки, послідовно скочуючись із двох сит , добре відокремлюються від дрібних частинок і надходять на нижню пару вальців на повторне подрібнення.

Під кожною парою вальців по всій їх довжині дробарка має висувні лотки для відбирання проб, за результатами яких приймається рішення про регулювання зазору між вальцями.

Але і такі дробарки не дозволяють одержати помел необхідного складу, бо на другій парі вальців неможливо розв’язати одночасно два завдання: відокремити ендосперм від оболонок і здійснити повторне подрібнення крупної крупки. Таке завдання повністю вирішується при подрібненні солоду на шестивальцьовій дробарках.

Шестивальцева дробарка складається з трьох пар вальців і двох ситових коробів, у кожному з яких міститься по два розсівних сита. Перша пара вальців дає грубий помел, який надходить у перший короб і розподіляється на фракції. Дрібні фракції проходять сита цього короба і площиною другого ситового короба виводяться в бункер, крупа проходить перше сито першого короба і перше сито другого короба і подрібнюється на третій парі вальців, які на відміну від інших двох рифлені.

Груба крупа й оболонки після першої пари вальців проходять другу пару вальців, помел після яких ще раз розсівається на фракції ситами другого короба: оболонки разом з дрібною крупкою виводяться в бункер, а груба крупка приєднується до крупи з першої пари вальців і проходить додаткове подрібнення на третіх рифлених вальцях.

Такі дробарки застосовуються як правило на великих пивоварних заводах.

Недоліком подрібнення солоду в сухому станіє те, що такі дробарки необхідно обладнувати високоефективною аспірацією, тому що виділяється велика кількість солодового борошнистого пилу в приміщення із-за нещільної конструкції дробарки. При високій концентрації пилу в повітрі може спалахнути від іскри і вибухати. Тому дробарки потрібно встановлювати в окремих


ізольованих приміщеннях, які обладнані технікою безпеки і протипожежною технікою.

При подрібненні солоду вмокрому стані, оболонка зерна залишається майже не пошкодженою і тим самим поліпшується фільтрування затору та підвищується вихід екстракту. При змочуванні зерна водою ендосперм не встигає зволожитися і залишається хрупким, і квіткова оболонка становиться м’якою і еластичною і при подрібненні не сильно рветься.

Перевагою такого способу є те, що замочування сухого солоду перед подрібненням дає можливість виділити небажані гіркі й дубильні речовини, а також кремнієву кислоту, в результаті чого поліпшується смак пива.

Дробарка мокрого помелу складається з корпусу солододробарки, над якому встановлений бункер з конічним випуском. У цьому бункері здійснюється зволоження солоду.

Найважливішою частиною дробарки для мокрого помелу є пара дробильних вальців з дуже вузьким зазором між ними (0,45 мм). Перед цими вальцями знаходиться розподільний валик. Матеріал,що затирається, збирається шнеком і підводиться до заторного насоса. Складна система зрошувальних і розпилювальних форсунок забезпечує замочування солоду, а також промивку установки.

Дробарка мокрого помелу працює таким чином.

Зважений на автоматичних вагах солод транспортується в злодовий бункер розташований над дробаркою і там замочується водою при температурі від 30 до 50 °С. З допомогою за уторованого насоса вода, що стікає вниз, знову повертається в систему, так що гарантуєтся рівномірне замочування подрібненого матеріалу. Цей процес триває 15-30 мін, і в цей час вологість солоду піднімається до 30%. Одночасно солод набухає до 35-40% і ферменти солоду поволі активуються;

Замочений солод попадає через живлячий валик на пару дробильних вальців з дуже вузьким зазором (0,45 мм). Тут вміст зерна видавлюється з практично непошкодженої оболонки майже без опору і виходить з гладкою поверхнею. Тому дробина солоду мокрого помелу виглядає так, як ніби то в ній ще знаходяться цілі зерна. Проблемою є те, що нерозчинені кінчики зерен потрапляють в заторну ємність разом з подрібненими компонентами, залишаючись при цьому не зміненими і не подрібненими.

Кількість заторної води в ємкості для затирання розраховують з: необхідної кількості води для проведення процесу затирання і з обліком кількості тієї, що містить екстракт замкової води в бункері для замочування солоду; добавки води на вальці в процесі розчавлювання вмісту солоду; води для подальшої промивки дробарки мокрого помелу.

Оцінка якості помелу

Регулярний контроль помелу є вирішальною умовою для досягнення доброго результату дроблення, проте кількісна оцінка якості можлива тільки для сухого і кондиціонованого помелу. Оцінка мокрого помелу можлива тільки шляхом візуального і ручного обстеження.

Крупність помелу регулюють зміною швидкості подачі зерна і зазору між вальцями, за допомогою установчих гвинтів.

Подрібнення несолоджених зернопродуктів.

З метою часткової заміни солоду використовують несолоджені зерно продукти. Помел несолоджених зернопродуктів повинен відповідати тим самим вимогам, що і помел солоду, тобто потрібно враховувати спосіб фільтрування заторів.

Натуральне зерно у зрівнянні з солодом має більш щільну структуру, але і при розмелюванні намагаються отримати більш крупну лузгу.

У наш час викориситовують млинові агрегати – двовальцьові верстати і рідше молоткові зернодробарки. Вони відрізняються тим, що вальці мають нарізну поверхню, які обертаються на зустріч один одному, але з різною швидкістю, і при цьому зерно не роздавлюється, а розрізається як ножем.

Склад помелу залежить від зазору між вальцями і швидкості подачі зерна в мельницю.

Склад помелу несолоджених зернопродуктів:

- Лузга – 12-22%;

- Крупна крупка – 20-40%;

- Дрібна крупка – 25-50%;

- Борошна -18-20%.

 

 

Література : [1,с. 150-155],[2, с.3-16], [4,с. 246-254] .

Запитання для самоконтролю

1. З якою метою проводять очистку і полірування солоду

2. Чому солод і несолоджені зерно продукти подрібнюють перед затиранням?

3. Які вимоги ставляться до складу помелу солоду?

4. Які відмінності в конструкції дробарок для подрібнення сухого і зволоженого солоду?

5. Як можна перевірити правильність роботи дробарок?


 

Тема 6.2 . Затирання зернопродуктів

 

План уроку

1. Мета затирання.

2. Процеси, що проходять при затиранні.

2.1. Ферментативний гідроліз крохмалю, білкових речовин, інші ферментативні перетворення.

2.2 Неферментативні перетворення.

 

Затирання включає змішування подрібненого солоду і несолоджених зернопродуктів з водою, нагрівання і витримку отриманої суміші при визначеному температурному режимі. Суміш подрібнених зернопродуктів з водою, називають затором,масу зернопродуктів, яку завантажують в заторний апарат – засипом, кількість води, яка витрачається на приготування затору –головним наливом.

Метою затиранняявляється максимальне переведення екстрактивних речовин солоду і не солодової сировини під дією ферментів солоду і ферментних препаратів, з тим, щоб отримати пивне сусло певного складу. Речовини, які перейшли в розчин при затиранні , називають екстрактом.

При затиранні солоду і інших зернопродуктів відбувається багато різних процесів: фізичних, біохімічних і хімічних. На перших стадіях затирання у розчин переходять речовини, які не потребують участі ферментів. Найважливішу частину процесів затирання становлять ферментативні реакції.

Основна задача при приготуванні затору заключається у створенні оптимальних умов для дії ферментів солоду, щоб перевести максимально можливу кількість сухих речовин і отримати найбільший вихід екстракту із солоду і несолодової зернової сировини.

Ферменти проявляють свою активність в певних умовах, які характеризуються температурою і рН, і діють тільки на деякі речовини солоду. На стадії затирання діють амілолітичні, протеолітичні, цитолітичні і інші ферменти, при чому для кожного з них повинні бути створені оптимальні умови ( рН, температура).

Шляхом зміни кислотності середовища і температурного режиму можна змінювати швидкість і направлення ферментативних процесів, подавити дію одних ферментів і, навпаки, посилити дію інших. Це дає можливість із одного й того ж солоду отримати пивне сусло різного складу.

До ферментативних процесів відносяться : ферментативний гідроліз крохмалю, гідроліз білків, гідроліз не крохмальних полісахаридів, гідроліз фосфорорганічних речовин.

Ферментативний гідроліз крохмалю.

Розщеплення крохмалю ферментами солоду – амілазами – це складний процес, який можна розділити на три стадії:

1) Розрідження крохмального клейстеру, в результаті чого зменшується його в’язкість;

2) Декстринізація крохмалю, тобто перетворення його в продукти розпаду, які не забарвлюються йодом в синє забарвлення;

3) Оцукрювання крохмалю, тобто розпад крохмалю до цукрів ( глюкоза і мальтоза).

Крохмаль розщеплюється під дією амілаз, але дуже повільно. Щоб прискорити цей процес, крохмаль потрібно перш за все клейстеризувати – нагріти його з водою. Спочатку зерна крохмалю набухають, потім лопаються і утворюють в’язкий гомогенний розчин. Температура, за якої крохмальний клейстер набуває найбільшої в’язкості, називається температурою клейстеризації( для ячмінного – 60-80°С).

β – амілазарозщеплює крохмаль з утворенням мальтози (54%). Оптимальна температура дії β-амілази є 62-63°С, рН затору 4,7-4,8.

Витримка при даній температурі на протязі 30 хв. називається мальтозною паузою. При приготуванні світлих сортів пива ( глибоке вибродження) намагаються накопичити багато мальтози, і тому оцукрювання затору проводять глибоко при порівняно низьких температурах, і затори при цьому готують порівняно рідкі.

α-амілазарозщеплює крохмаль з утворенням великої кількості декстринів. Оптимальною температурою для дії ферменту є температура 70°С, рН = 5,7. Витримка при даній температурі на протязі 10-30 хв. називається паузою оцукрювання.

При приготуванні темних сортів пива, менше витримують мальтозну паузу і більше витримують паузу оцукрювання, для того, щоб накопичити декстринів, які обумовлюють в’язкість пива.

При одночасній дії на крохмаль α- і β-амілаз утворюється 70-80% мальтози, 20-30% кінцевих декстринів.

Процес ферментативного гідролізу крохмалю під дією амілаз легко спостерігається по йодній реакції, так як крохмаль і продукти його розпаду – декстрини – дають забарвлення з йодом: амілодекстрини –синє забарвлення з йодом; еритродекстрини – червоно-буре забарвлення ; ахродекстрини і мальтодекстрини не забарвлюються йодом.

Отже, при гідролізі крохмалю утворюються цукри, які необхідні для зброджування і декстрини – для створення смакових речовин і в’язкості пива.

Ферментативний гідроліз білківвідбувається під дією протеолітичних ферментів. Вони розділяються на протеінази і пептидази.

Частина білкових речовин ( біля 20%) розщеплюється ще при солодопророщуванні, де на білок діють протеолітичні ферменти, а при затиранні розкладання білкових речовин продовжується ( біля 15%). Продукти протеолізу при солодопророщуванні і затиранні різні: при солодопророщуванні утворюються низькомолекулярні сполуки (амінокислоти і пептиди), а в процесі затирання – високомолекулярні сполуки ( поліпептиди). Це пояснюється тим, що при солодопророщуванні активно діють пептидази, , оптимальний рН для них знаходиться в слабо лужному середовищі, близьким до нейтрального, а в заторі підтримується рН 5,5-5,8, тобто несприятливе для них середовище, до того ж вони чутливі до температури і з підвищенням її ін активуються. Тому в заторі переважнот діють протеінази, утворюючи високомолекулярні з’єднання – пептони і поліпептиди. Оптимальна умова для їх дії: рН 4,6-5,0, температура 40-50°С.

Продукти протеолізу, які складають 1/3 азотистих речовин затору, споживаються дріжджами при зброджуванні пивного сусла, надають повноту смаку, піностійкіість, сприяють зв’язуванню диоксиду вуглецю. Білкові речовини ( біля 2/3 від маси) не піддаються гідролізу і виводяться разом з дробиною.

Надмірне розщеплення білків небажане, тому що надлишок продуктів гідролізу знижує стійкість пива

Азотні речовини, які переходять в сусло розділяються на:

- стійкорозчинні;

- не стійкорозчинні (коагулюючи).

До стійкорозчинних відносяться поліпептиди, пептиди, амінокислоти. Вони при кип’яченні не піддаються коагуляції : в осад не випадають і не обумовлюють помутніння пива.

До нестійкорозчинних відносяться пептони. Вони при кип’яченні сусла вони коагулюють, і не при повному їх виділенні коагуляції є причиною помутніння пива.

Роль гідролізу білків у виробництві пива.

Низькомолекулярні продукти розпаду білків ( пептиди, амінокислоти) є живленням для дріжджів і необхідні для нормального протікання процесу бродіння.

Середньомолекулярні (альбумози, поліпептиди) обумовлюють піностійкіість і повноту смаку пива.

Високомолекулярні є причиною помутніння пива.

Оптимальна температура для дії протеолітичних ферментів є температура 50-52°С, рН 5,5-5,9, витримка на протязі 20-30 хв і називається на виробництві білковою паузою.

Гідроліз не крохмальних полісахаридів під дією цитолітичних ферментів. Якщо гідроліз не крохмальних полісахаридів проведений недостатньо глибоко, підвищується в’язкість затору, погіршується його фільтрування і сповільнюється оцукрення.

Оптимальна температура для дії цитаз 40-43°С і на виробництві називається цитазною паузою. Комплекс цитолітичних ферментів термолабільний за винятком целобіози, ін активується при сушінні солоду, в результаті чого сухий солод має незначну цитолітичну активність. Цю паузу ,як правило, витримують при використанні великої кількості не солодової сировини.

Важливу роль при затиранні відіграють фосфорні з’єднання, які змінюються під дією ферментів. Особливе значення із фосфорорганічних з’єднань має фітин. Під дією ферменту фітази, оптимальними умовами дії якої знаходяться при 48-50°С і рН 5,2-5,3, фосфорні сполуки розкладаються на неорганічні фосфати, солі фосфорних кислот і інозит.

На ступінь гідролізу крохмалю і білків впливає концентрація затору: підвищена концентрація інактивує ферменти ( 14-15%).

Ферментативні процеси при затиранні проходять у водному середовищі. Таким чином якість води, її сольовий склад впливає на протікання цих процесів. Підвищений вміст гідрокарбонатів( лужність) у воді негативно впливає на протікання цих процесів, так як здвигає значення рН в лужне середовище.

рН затору обумовлюється фосфатами солоду, амінокислотами. При використанні лужної води гідрокарбонати вступають у взаємодію з фосфатами, органічними солями, зв’язуючи їх. Значення рН при цьому змінюється, активна кислотність зменшується (рН зростає), тому у воду в пивоварному виробництві, яка має підвищену лужність підкисляють , використовуючи молочну кислоту, фосфорну та гіпс. Так при використанні молочної кислоти при взаємодії з солями води утворюється лактат кальцію. Ця сіль має слабо лужну реакцію і не впливає на дію ферментів.

Якщо склад води задовільний, то при цьому отримують бажаний склад сусла, досягають високої екстрактивності сусла і високої стійкості пива.

При приготуванні темних сортів пива, може бути використана жорстка вода, без пом’якшення, тому що темний солод має більшу кислотність, містить більше фосфатів, амінокислот, які володіють буферністю.

Температура води для приготування затору влітку повинна бути нища на 2-3°С, а взимку на 5-6°С вища температури затору.

Фактори, що впливають на затирання і оцукрення затору.

1) Карбонати води – на пониженні концентрації водневих іонів -підтримувати рН затору 5,5-5,3, при якому найбільш активно діють важливі ферменти солоду;

2) Температура – на процес розщеплення білків – практикувати білкові витримки для недостатньо розчиненого солоду при температурі від 37 до 52°С, а для солодів, добре розчинних скорочувати тривалість витримки ;

3) Температура – на процес оцукрювання крохмалю – вести процес оцукрювання для отримання сусла з більшим вмістом мальтози при температурі 63-65°С, а для отримання сусла з меньшим вмістом мальтози і більшим вмістом декстринів – при 70-72-75°С;

4) Концентрації затору – на швидкість оцукрювання і рівновага між кількістю мальтози і декстринів - використовувати густі затори для отримання сусла з меншою ступінню зброджування і рідке – для отримання сусла з вимокою ступінню зброджування.

Витрата води для затирання.

Кількість води на головний налив звичайно становить 4 частину затору ( гідромодуль 1:5). Але ця кількість води повинна братись від концентрації першого сусла.

 

Е ( 100 – в)

Н = в , дм3

де Н - головний налив, дм3 ( на 100 кг зернопродуктів);

Е – лабораторна екстрактивність зернопродуктів,%;

В – концентрація першого сусла, %.


Неферментативні процеси.

До неферментативних процесів відносяться:

- Коагуляція білків.

- Денатурація білків – вона має місце при кип’яченні відварок, тому що при підвищенні температури руйнуються водневі зв’язки в молекулі води.

- Речовини, які знаходяться в легкорозчинному стані і переходять в розчин – це цукри, дубильні речовини, гіркі речовини.

- Меланоїдиноутворення.

- Взаємодія солей води з солями солоду.

 

Література [1, с. 161-168], [4,с. 259-267], [2, с.19-26].

Запитання для самоконтролю.

1. Яка мета затирання?

2. Які процеси вдбуваються при затиранні?

3. Які ферменти розщеплюють крхмаль?

4. Які продукти гідролізу білків, крохмалю?

5. Які фактори впливають на процес затирання і оцукрення затору?

6. Як розраховують кількість води для затирання ?

7. Який гідромодуль води по відношенню до солоду?

8. Які неферментативні процеси при затиранні?