CC BY
140
^¡ачина^Щему Основные процессы пивоварения
Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» 1997-2002 гг.
щ ж^
Брожение пивного сусла
1Г.А. Ермолаева
Московский государственный университет пищевых производств
Брожение сусла и дображивание молодого пива в цилиндроконическом аппарате
Сбраживание пивного сусла и созревание пива являются самыми длительными технологическими стадиями в пивоваренном технологическом процессе. Поэтому технологи и ученые многих стран стремятся сократить длительность приготовления пива за счет сокращения продолжительности стадий главного брожения и дображивания пива.
Классическая технология пива наряду с положительными сторонами с точки зрения требования современного производства обладает и недостатками, основной — длительность процессов. Имеет место низкий коэффициент использования технологических емкостей, потребность в больших охлаждаемых производственных площадях, значительный объем работ по мойке и дезинфекции емкостей и т. д.
В последние годы пивоваренные заводы все чаще устанавливают цилиндроко-нические бродильные аппараты (особенно при реконструкции предприятий).
Более 100 лет назад появились металлические танки, что дало возможность увеличивать объемы аппаратов и улучшать их охлаждение. Затем аппараты стали оборудовать устройством для отвода диоксида углерода. Следующим этапом стало производство танков с наружной охлаждающей рубашкой. Впоследствии появились вертикальные аппараты с индивидуальной системой охлаждения, основу которым положил Леопольд Натан. Но в 60-е годы они были значительно модифицированы.
Перечисленные мероприятия позволили разработать способ ведения брожения и дображивания в одном вертикальном аппарате цилиндроконической формы. В настоящее время вместимость аппаратов колеблется от 50 (высота 8 м) до 1000 м3 (высота 26 м).
При большой высоте столба сбраживаемого сусла в цилиндроконических бродильных аппаратах наблюдается сильная конвекция сусла (перемещение снизу вверх и наоборот), вызываемая выделением и перемещением вверх пу-
зырьков диоксида углерода и тепловых потоков жидкости, величина которых зависит от интенсивности брожения, регулируемой поддержанием определенной температуры.
Компактное осаждение дрожжей достигается охлаждением конусной части аппарата. При интенсивной аэрации сусла главное брожение при температуре 13...14 °С заканчивается за 7 сут, а дображивание — за 5-7 сут, т.е. весь цикл брожения и дображивания, например, 11%-ного светлого пива составляет 13-14 сут, а для 12-13%-ного светлого — 18-22 сут.
Цилиндроконический бродильный аппарат ЦКБА изготовляют из коррозие-стойкой стали с полированной внутренней поверхностью. Аппарат имеет, как правило, четыре охлаждающие рубашки — 3 на цилиндрической части и одну — на конической. В ЦКБА возможны также другие системы охлаждения аппарата: сегментные трубки с горизонтальной и вертикальной подводкой хла-доносителя, которые формуются методов взрывной формовки; охлаждающие камеры, поверхностные листы которых в некоторых местах соединены методом точечной сварки; теплообменник, через который прокачивается сбраживаемое сусло.
Нижняя часть конусного дна съемная (для очистки и мойки, а также для визуального осмотра после дезинфекции). Через люк на верхней крышке внутрь аппарата проходит труба с установленной на ней моющей головкой, соединенной системой трубопроводов с насосами и емкостями для дезинфицирующих растворов. Нижняя часть цилиндрической обечайки корпуса заканчивается опорным кольцом, с помощью которого аппарат размещается на перекрытиях здания или на других конструкциях при установке на открытом воздухе. Аппарат снабжен шпунт-аппаратом, рассчитанным на избыточное давление 0,07 МПа и вакуум-прерывателем с гидравлическим затвором.
Аппарат имеет штуцеры с арматурой для подвода сусла, дрожжей, диоксида углерода, моющих жидкостей, хладоно-сителя, а также на нем установлены дат-
чики контроля и регулирования температуры, датчик предельного верхнего уровня, предохранительный клапан и воздушник, снабженный вакуум-клапаном. Для контроля над съемом дрожжей на выходе из конической части аппарата установлено смотровое стекло. Уровень пива в аппарате, давление и температура регулируются автоматически.
Технология приготовления пива с массовой долей сухих веществ (СВ) в сусле 11%-ного светлого в цилиндроко-нических бродильных аппаратах состоит в следующем. Осветленное сусло, охлажденное в пластинчатом теплообменнике до 7.9 °С, подают в коническую часть аппарата при открытом вентиле, соединяющем аппарат с атмосферой через гидрозатвор. Аппарат заполняют в течение суток в два или три приема по мере поступления сусла из варочного цеха. Первые 50 % сусла аэрируют стерильным воздухом (из расчета 0,5-0,7 м3 на 1 м3 сусла в час). Такая интенсивность аэрирования дает возможность иметь в сусле перед брожением 4-6 мг/см3 растворенного кислорода.
Вначале, когда суслом заполнено только 2-3 % рабочей вместимости, в аппарат насосом подают разводку семенных сильно сбраживающих хорошо агглютинирующих дрожжей низового брожения из расчета 0,04-0,08 дм3 на 1 дал сусла. Затем аппарат заполняют суслом на 85-90 % его вместимости. Отсчет продолжительности процесса брожения начинают с момента поступления сусла в аппарат.
В первые двое суток температура сусла за счет выделяющейся теплоты спиртового брожения самопроизвольно повышается от 9.10 до 13.14 °С и поддерживается в этих пределах (путем подачи хладагента в верхнюю охлаждающую рубашку) до достижения видимой конечной степени сбраживания. Интенсивно протекающий процесс брожения обеспечивает снижение концентрации диаце-тила, что способствует более быстрому созреванию пива.
Охлажденное через верхнюю рубашку бродящее сусло опускается вниз, а более теплое поднимается вверх, чем обеспечивается хорошее естественное перемешивание бродящего сусла.
Когда содержание экстрактивных веществ в пиве снизится до 3,5-3,2 %, аппарат шпунтуют и в дальнейшем проводят процесс при избыточном давлении 0,05-0,06 МПа, что способствует лучшему насыщению пива диоксидом углерода и ускорению оседания дрожжей. Чтобы сбраживаемое сусло не примерзало к стенкам аппарата, температура хладагента, подаваемого в охлаждающие рубашки, должна быть не ниже минус 6 °С. В качестве хладагента используют рассол (раствор поваренной соли).
По окончании интенсивного брожения, которое определяется прекращением снижения концентрации экстрактивных веществ в пиве в течение 24 ч, пиво охлаждают в конической части аппарата до 1...2 °С для образования более плотного осадка дрожжей и предотвращения автолиза. После достижения этой температуры подачу хладагента в рубашку прекращают. В цилиндрической части аппарата температуру пива 12.14 °С поддерживают еще 1,5-2 сут для ускорения процесса созревания.
В конической части аппарата при низкой температуре происходит оседание дрожжей и образование плотного осадка. На этом заканчивается главное брожение, которое длится около 4-7 сут. На 5-8-й день брожения включают подачу хладагента во все охлаждающие рубашки, кроме рубашки в конической части, и температуру пива в аппарате доводят до 1.2 °С. Наступает стадия доб-раживания, которая длится 6-7 сут (см. таблицу).
Режим брожения сортового пива концентрацией сухих веществ в начальном сусле 12 и 13 % в цилиндроконических бродильных аппаратах отличается от вышеприведенного режима брожения в основном длительностью процесса.
В настоящее время многие предприятия имеют различные модификации этих технологических режимов.
Через 10-11 сут от начала брожения всех видов пива проводят первый съем дрожжей путем медленного спуска их из конической части аппарата. Перед подачей пива на осветление проводят последний съем дрожжей в специальный сборник с противодавлением в нем около 0,2 МПа. По современным требованиям следует снимать дрожжи как можно чаще, не допуская их автолиза в конической части аппарата. Из сборника отстоявшееся пиво возвращают в производство, а дрожжи промывают (или возможно их хранение без промывания) и хранят при температуре 0.1 °С. Конец съема дрожжей определяют визуально через смотровое стекло, следя за появлением свободного от дрожжей пива. После повторного съема дрожжей пиво из аппарата под давлением диоксида углерода не более 0,06 МПа, подаваемого в простран-
ство над жидкостью, направляют на осветление сепарированием или фильтрованием.
Освободившийся от пива аппарат моют и дезинфицируют. При мойке кран выпуска продукта из конической части аппарата должен быть открыт.
Существует технология, по которой главное брожение проводят в одном ЦКБА, а на дображивание его передают в другой.
ЦКБА размещают как вне помещения, так и внутри. Над аппаратами находятся мостики для обслуживания верхней части аппарата.
При работе предприятий по этой технологии производитель сталкивается с рядом трудностей. Процесс получения пива происходит в короткие сроки, увеличивается объем одной партии пива. Ввиду больших сбраживаемых объемов и отсутствия перемешивания в заполняемом аппарате процесс брожения сложно контролировать визуально. При заполнении аппарата не всегда сусло предыдущих варок смешивается с суслом последующих, в первых к моменту перемешивания начинается процесс брожения.
Для получения продукта стабильного качества необходим постоянный контроль сырья и параметров процесса. При ускоренных режимах брожения могут возникать проблемы с высокой концентрацией диацетила в пиве, но при должном контроле содержания в сусле усваиваемых сахаров, азота аминокислот и микроэлементов, таких, как цинк, марганец, железо, этого происходить не будет. Независимо от расы дрожжи должны быть полностью обеспечены перечисленными веществами и кислородом для получения пива стабильного качества.
После начала активного брожения, перемешивания выделяющимся диоксидом углерода и охлаждения содержимого аппарата подачей хладагента в верхнюю зону рубашки отбирают пробы. К этому времени видимая степень сбраживания в аппарате достигает 10 %. Исследователи предлагали различные способы контроля процесса брожения в ЦКБА большой вместимости по косвенным параметрам: измерению содержания диоксида углерода, температуры и изменению рН. Но по этим показателям нельзя судить о
состоянии дрожжей и прогнозировать качество пива. Достоверные данные о процессе можно получить лишь спустя 30-40 ч после заполнения аппарата.
На настоящий момент не существует точных способов для контроля такого важного процесса, как забраживание сусла. Чем быстрее произойдет адаптация клеток к окружающей среде, тем быстрее начнется их размножение и снижение рН. При рН ниже 4,7 отдельные фракции белка переходят в нерастворимое состояние и начинается стабилизация пива. Перестают размножаться микроорганизмы. На скорость этого процесса влияют качество сусла, физиологическое состояние дрожжей, их количество и равномерность распределения клеток. Знание физиологического состояния дрожжей позволяет точно рассчитать их количество при внесении.
В настоящее время используют автоматические измерительные приборы для определения концентрации дрожжевых клеток в суспензии в период их задачи в сусло и во время брожения.
Физиологическое состояние дрожжей в ЦКБА необходимо постоянно контролировать, так как дрожжи подвергаются негативному воздействию таких факторов, как продолжительное заполнение и высокое давление. Из-за постоянного изменения внешних условий дрожжевая клетка испытывает стресс, что отрицательно влияют на ее физиологическое состояние, а соответственно на процесс брожения и качество получаемого пива.
Преимущества ЦКБА — возможность установки их вне помещения; они занимают мало места; их работу просто автоматизировать; снижаются капи-тальныезатраты на строительство; увеличивается производительность предприятия из-за ускорения брожения; возможность совмещения главного брожения и дображивания в одном аппарате, что снижает потери пива; легко удаляются дрожжи; меньшая стоимость мойки и дезинфекции; лучший сбор диоксида углерода. К недостаткам можно отнести то, что трудно достигать органо-лептических данных пива, полученного по классической технологии, возможны изменения в поведении дрожжей; более высокая стоимость аппаратов по сравнению с горизонтальными.
Применение ЦКБА перспективно, хотя для исследователей существуют перспективы совершенствования технологического процесса, в основном для получения пива высоких органолепти-ческих характеристик.
ЛИТЕРАТУРА
1.Ермолаева Г.А., Колчева Р.А. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: ИРПО. Изд. Центр «Академия», 2000. — 416 с.
Продолжительность Температура брожения сусла, "С Массовая доля экстракта
процесса, сут В цилиндрической части В конической части в бродящем сусле, %
1 9. .10 9.10 10-10,2
2 11 ..12 11.12 8-8,5
3 13 ..14 13.14 6,5-6,8
4 13 ..14 13.14 4-4,5
5 13 ..14 13.14 Конечная степень сбраживания
б 12 ..14 б —
7 12 ..14 2 —
8 3. • 4,5 1.2 —
9-13 1 .2 1.2 —
