Основные процессы пивоварения. Использование кукурузы при получении пивного сусла в аппаратах большой вместимости Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

шпГв7у Основные процессы пивоварения

Продолжение. Начало см. «Пиво и напитки» 1997-2003 гг.

Использование кукурузы при получении пивного сусла в аппаратах большой вместимости

1Г.А. Ермолаева, М.Д. Хлыновский

Московский государственный университет пищевых производств

Основная экономическая задача при производстве пива — снижение его себестоимости, чему служит использование высокопроизводительного оборудования и сокращенного технологического цикла. При строительстве новых пивзаводов и реконструкции некоторых старых устанавливают варочные агрегаты большой единовременной засыпи зернопродуктов. Очевидно, что приготовление сусла на них не полностью совпадает с аналогичным процессом на небольших предприятиях, которых много в России. В современных варочных отделениях пивзаводов необходимо интенсифицировать производственный процесс со снижением энергопотребления, максимально эффективно использовать сырье, снизить количество вторичных материальных ресурсов (дробины) и выбросов в атмосферу, обеспечить эффективную работу обслуживающего персонала.

Кроме того, обычно высокопроизводительное оборудование варочного отделения установлено на тех предприятиях, где сбраживание сусла производится в ЦКБА. К суслу, предназначенному для такого брожения, предъявляют особые требования — повышенное содержание аминно-го азота, высокая конечная степень сбраживания (КСС), хорошее осветление, низкая вязкость.

Для расширения ассортимента пива и экономии солода помимо ячменя, риса, пшеницы, сорго и другого зернового сырья в качестве несоложеного материала используют кукурузу (Zea mays). В ней содержится относительно больше крахмала, меньше клетчатки, больше жира (что повышает кормовое достоинство дробины), чем в ячмене.

Урожайность кукурузы в 2-3 раза выше урожайности других зерновых культур. В России кукурузу возделывают на Северном Кавказе, Нижней Волге, в Воронежской и Курской областях. Распространены такие отечественные сорта кукурузы, как Северо-Осетинская белая, Молдавская желтая, Одесская 10, а также гибриды ВИР 42М, 156Т, 338, 63Т, Краснодарские — 1/49, 4Т, 5ТВ, 309, Днепропетровский 56Т и др. На прямостоячем стебле растения высотой 0,6-2,6 м разви-

ваются один-два початка, представляющих собой цилиндрический стержень, на поверхности которого расположены ячейки, в которых продольными рядами размещено от 300 до 1000 зерновок. Масса зерновки, имеющей желтую или белую окраску, реже оранжевую и вишнево-красную, составляет 75-85 % от массы початка, который одет оберткой — несколькими слоями видоизмененных листьев.

В зависимости от формы зерна и степени развития роговидной части эндосперма кукурузу подразделяют на семь ботанических групп: кремнистая, зубовидная, крахмалистая, восковидная, лопающаяся, сахарная, чешуйчатая. Для производства пива и спирта предпочтительнее использовать легко развариваемые крахмалистую и зубовидную кукурузу.

Кукурузное зерно (зерновка), состоящее из зародыша и эндосперма, покрыто плодовой оболочкой толщиной 12-14 слоев клеток. Под ней располагается семенная оболочка. Масса зародыша составляет 8-19 %, эндосперма — 80-90 %, а оболочки — 5-6 % от массы зерна.

Средний химический состав зерна кукурузы (% на сухое вещество СВ): углеводы — 78,50; белки — 12,15; клетчатка — 2,5; жир — 5,1; зола — 1,75. Кукурузный крахмал содержит 21-23 % амилозы и 77-79 % амилопектина. В настоящее время выведены сорта высокоамилозной кукурузы с содержанием амилозы до 82 % [2]. Некоторые сорта кукуруза богаты амилозой около 65 % (в обычном зерне 20-25 %).

В кукурузе содержатся следующие фракции белка (мас. %): альбумин — 0-0,5, глобулин — 5-6, проламин (зеин) — 40-55, глютелин (зеинин) — 30-45, то есть около 50-80 % всех белков составляют спирто- и щелочераство-римые фракции. Наибольшее количество водорастворимого азота содержит кремнистая кукуруза, наименьшее — зубовидная. Белок кукурузы не образует клейковины. Содержание солерастворимых и водорастворимых белков понижается с удалением зародыша, т. е. в обезжиренной фракции. Основная (по массе) фракция белка — зеин кукурузы (проламин) имеет молекулярную массу 51 000 и изоэлек-

трическую точку 5,7, т. е. в пределах рН затора. Наружные слои эндосперма содержат больше белка, чем внутренние. Имеются данные, что роговидный слой эндосперма богаче белком, чем мучнистый.

Небольшое содержание водорастворимых азотистых веществ в зерне кукурузы и неполноценность по аминокислотному составу большей части белков требуют добавления азотистого питания для размножения семенных дрожжей. При использовании кукурузы сусло обеднено белковыми веществами, например 120-140 мг/ 100 см3 для 16%-ного сусла, содержание аминного азота в 10%-ном сусле составляет 130-180 мг/100 см3. Отличительная особенность белков кукурузы состоит в том, что в них отсутствует глобулиновая фракция (М = 100 000), наличие которой в пиве вызывает небиологические помутнения. Муть пива на 40-80 % состоит из белков и продуктов их гидролиза. Но есть и углеводная составляющая (глюкоза, раффиноза, ксилоза), дубильные вещества.

Жир в основном локализуется в зародыше, где его содержание составляет 23-45 % массы зародыша (69-82 % всего жира кукурузы). Считается, что жир, обладая низкой растворимостью, остается в дробине и мало влияет на пе-нообразование пива. Хотя некоторые исследователи полагают, что содержание липидов более 2 % может понижать пе-ностойкость готового продукта.

Содержание свободных жирных кислот составляет 18-25 мг/дм3 (в основном пальмитиновая кислота) и увеличивается в зависимости от длительности хранения и относительной влажности воздуха. При этом может появиться прогорклый запах, поэтому хранить кукурузу необходимо при ее влажности 12-13 %.

Содержание крахмала и жиров в крупе находится в обратной зависимости: при увеличении содержания жиров в пивоваренной крупе уровень общего и аминного азота в сусле увеличивается на 2-5 %, в то время как количество редуцирующих веществ и степень сбраживания уменьшаются.

Применение кукурузной муки обусловлено отсутствием в ней Р-глобулина и ан-тоцианогенов, способствующих образованию помутнений в пиве. Также в кукурузной муке по сравнению с ячменем меньше водорастворимого Р-глюкана и пенто-занов, отрицательно влияющих на готовый продукт.

Содержание водорастворимого Р-глю-кана составляет 0,125-0,056 % от СВ эндосперма. Он расположен в эндосперме и его в 4-8 раз меньше, чем в ячмене, что положительно сказывается на стойкости пива. Содержание клетчатки 1,7-1,8 %, пентозанов — 4,25-4,35 %. Общее содержание сахаров 68,35-70,11 мг/г, из них 80 % — сахароза, 20 % — фруктоза, глюкоза, раффиноза в соотношении 1:1,5:3.

ПИ

шшитсиу 6 •

2004

Таблица 1

Показатели сусла

Сырье Е начального сусла,% Цветность, ц.ед. Кислотность, к. ед. рН Аминный азот, мг/100 см3 КСС, % Вязкость, мм2/с (на 12 %)

100 % солода 11,55 0,93 1,64 5,1 20,7 87,8 1,76

Солод + ячмень 11,49 0,8 1,59 4,97 19,0 84,7 1,69

Солод + рис 11,64 0,74 1,39 5,06 16,3 81,9 1,65

Солод + кукуруза 11,54 0,72 1,41 5,24 17,8 83,1 1,56

Солод + кукуруза 11,51 0,77 1,82 5,06 18,9 84,7 1,64

Солод + кукуруза 11,2 0,69 1,73 5,08 19,4 82,2 1,62

Солод + кукуруза 11,49 0,73 1,59 5,03 17,9 86,9 1,69

Солод + кукуруза 11,43 0,7 1,61 5,05 19,5 84,0 1,65

Солод + кукуруза 11,59 0,76 1,57 5,24 17,8 86,8 1,63

Крахмал кукурузы трудно гидролизует-ся амилазами и клейстеризуется при более высокой температуре, чем крахмал других злаков [1]. При температуре 60 и 65 °С в течение 4 ч степень превращения крахмала кукурузы составила соответственно только 18,5 и 54,6 %, в то время как ячменного крахмала 92,8 и 96,2 %. Клейстеризация крахмала начинается при температуре 65 °С и заканчивается при 95 °С и выше. Температура клейстеризации крахмала значительно колеблется в зависимости от сорта кукурузы и, по разным литературным данным, составляет: 65...75°С (по А. Лхотскому), 50-115 (по Н.И. Булгакову), 67,5 °С (по И.А. Попадич). Чем медленнее нагрев, тем лучше набухание крахмальных зерен кукурузы, и при более низкой температуре происходит клейстеризация.

Из полисахаридов некрахмальной природы в кукурузе присутствуют целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, которые в основном сосредоточены в оболочке крахмальных зерен.

В кукурузе присутствуют токоферолы в у-форме, обусловливающие антиокислительные свойства, что является ценным свойством липидов кукурузы. Их в 40-140 раз больше чем в ячмене.

Из пигментов в зерне кукурузы обнаружены Р-каротин, криотоксантин, деак-сантин.

Зольные вещества кукурузы представлены в основном оксидами Р205, №20, Б03, которые локализованы в зародыше.

Эндосперм зерна различных подвидов кукурузы отличается по строению и структуре. Во внутреннем слое эндосперма различают мучнистую и роговидную части. В мучнистой части крахмальные зерна размещены более или менее свободно, не сцементированные одно с другим; в роговидной части промежутки между крахмальными зернами плотно заполнены коллоидными веществами, в результате чего зерна утрачивают округлую форму. Поэтому более легкой переработке подвергается мучнистая часть, чем роговидная [3]. В пивоварении используют крахмалистые сорта кукурузы, так как они легче подвергаются как физическому воздействию (размолу, клейстеризации), так и химическому (ферментативному) [1].

В России в пивоварении в качестве несоложеного материала применяют кукурузную муку или крупку. Муку получают на специальных машинах с применением шелушения, обработки на вальцовых станках, воздушно-ситового сепарирования и шлифования дробленого эндосперма. При таком методе обработки в состав муки и крупки попадают разные части зерна, различающиеся по химическому составу. Для пивоварения лучше использовать сорта крупки с содержанием жира не большим, чем в ячмене.

Срок хранения кукурузной крупки или муки даже при пониженных температурах

ограничен из-за прогоркания жира, в результате чего вкус и запах кукурузы могут измениться. Поэтому продолжительность ее хранения не должна превышать 3 мес.

В данной работе приведены результаты исследований по получению пивного сусла с использованием кукурузы в качестве несоложеного материала в аппаратах большой вместимости: применяли солод с экстрактивностью (Е) 77,8 % и кукурузу с Е = 76,0 %. Также для сравнения солод заменяли рисом с Е = 82,2 % и ячменем с Е = 63,6 %. При затирании солода и несоложеных материалов применяли ферментные препараты Ультрафло L и Це-ремикс L 2XL, а для подкисления затора использовали молочную кислоту. Содержание жира в кукурузе составило 3,5 % (хотя рекомендуется до 2 % или даже до 1 %).

Указанные ферментные препараты были выбраны, исходя из того, что они имеют те же активности, что и пивоваренный ячменный солод. Кроме того, их использование способствует снижению вязкости сусла. Фильтрование затора — продолжительная технологическая стадия, и сократить ее можно, снизив вязкость сусла. Ультрафло L, продуцентом которого служит Humicoba insolents, обладает Р-глюканазной, пентозаназной, целлюлазной активностями, температурный оптимум 55-70 °С, рН 5,7. При высокой температуре препарат продолжает действовать даже при 75 °С снижается содержание Р-глюканов. Церемикс 2XL, продуцентом которого служит B.amyloliquefaciens, обладает а-амилаз-ной, эндо-Р-глюканазной, эндопротеаз-ной активностями. Оптимум действия 70, 50 и 42 °С соответственно, рН 5,6, 7,5 и 6,0 соответственно. Активности сохраняются до 78, 65 и 58 °С соответственно. Они содержат комплекс ферментов для гидролиза некрахмальных полисахаридов, так как снижают вязкость кроме Р-глюканов и пентозанов, состоящих из ксилана с арабинозой.

Традиционно в пивоварении эти биокатализаторы применяют для снижения вязкости затора и сусла при использовании несоложеных материалов.

При изготовлении сусла с применением ячменя, кукурузы и риса дробление несоложеного сырья и солода происходило на мельнице мокрого дробления с мягким кондиционированием при температуре воды, подаваемой на затирание, равной 35 °С для лучшего действия цитолитичес-ких ферментов. В этом режиме при затирании несоложеного затора выдерживали температурные паузы на 45, 63 и 72 °С, далее подогревали до 100 °С и кипятили 35 мин. При затирании солодового затора выдерживали температурные паузы при 63 и 72 °С, пропуская паузу на 52 °С. Осахаренный затор подогревали до 77 °С и перекачивали в фильтрационный аппарат. Процесс фильтрования длился около 2 ч, кипячения — 1 ч 15 мин при небольшом избыточном давлении. В гидроциклонном аппарате сусло осветлялось 35 мин.

Сравнительные данные варок с получением пива из 100 % солода (контроль), 88 % солода и 12 % риса или кукурузы и по вышеприведенному составу засыпи, как описано выше, приведены в табл. 1.

Сусло по основным характеристикам не отличалось от контрольного, приготовленного из солода. Цветность сусла, приготовленного с рисом, варьирует от 0,6 до 0,8 и находится на одном уровне с «кукурузным» суслом, но она ниже, чем у солодового сусла. Кислотность у «рисового» сусла изменяется от 1,4 до 1,6, а у «кукурузного» — от 1,4 до 1,9. Содержание аминного азота удовлетворительное за счет применения биокатализатора с про-теазной активностью. Более низкую конечную степень сбраживания (КСС) для сусла с рисом, чем в солодовом или сусле с кукурузой, можно объяснить недостаточным содержанием азотистых веществ. Средняя длительность фильтрования затора при 76 °С составляла 1 ч 53 мин, а при 78 °С продолжительность этой операции уменьшилась на 8 мин и составила 1 ч 45 мин.

Вкус пива с кукурузой и рисом мягкий, а стойкость выше на 10-15 %.

Таким образом, на аппаратах высокой производительности при использовании ферментных препаратов, судя по основным физико-химическим характеристи-

6•2004

ПИВО " "ЛПИТКИ

Сырье Содержание, %

мальтодекстринов мальтотриозы Сахаров

Солод 100 % 3,2 2,0 94,8

Солод + ячмень 4,5 6,2 89,3

Солод + рис 3,2 2,6 94,0

Солод + кукуруза 4,5 5,5 90,0

кам сусла, можно использовать несоложеные материалы, как и на традиционном оборудовании.

Определяющим фактором замены солода кукурузой должен служить углеводный состав пивного сусла, так как степень сбраживания и качественные характеристики пива обусловлены именно этим показателем.

Важен качественный состав углеводов пивного сусла — определенное соотношение низкомолекулярных декстринов и олигосахаридов. Поэтому был изучен состав углеводов пивного сусла.

Для определения углеводов брали сусло в количестве 5 см3 с концентрацией сухих веществ, доведенной до 10 %, и проводили фракционирование на колонке с сефадексом G50 методом гель-хроматографии. Фракции отбирали каждые 5 мин в количестве 5 см3 и определяли в них содержание углеводов.

Таблица 2

По результатам исследования были рассчитаны процентные соотношения углеводов сусла. При этом общее количество углеводов было принято за 100 % и определено содержание фракций: мальто-декстринов, мальтотриозы и сахаров — мальтозы и глюкозы (табл. 2).

Из данных табл. 2 можно сделать вывод, что углеводный состав сусла из солода и несоложеных материалов при выбранном режиме затирания и биокатализаторах сходен — мальтодекстрины составляют от 3 до 4,5 %, мальтотрио-за — от 2 до 6 %, ди- и моносахариды (мальтоза с глюкозой) — 89-95 % от общего количества углеводов пивного сусла. Таким образом, сусло с использованием несоложеных материалов, при данных условиях затирания, по своему углеводному составу аналогично суслу, приготовленному из 100%-ного солода.

Особое внимание должно быть уделено качеству солода, так как приходится перерабатывать кукурузу, фактически не содержащую амилолитических ферментов. Но, учитывая, что содержание аминного азота при применении кукурузы снизится, можно использовать солод с высоким содержанием белка или вносить источники аминного азота: избыточные дрожжи, автолизат и гидролизаты дрожжей для обогащения состава азотистых веществ.

Проведенные опыты еще раз подтвердили, что возможно использование кукурузы при приготовлении пива на высокопроизводительном оборудовании. Из-за необходимости сокращения производственного цикла приготовления сусла, хотя и нельзя применить самый непродолжительный настойный метод затирания из-за необходимости предварительной клейстеризации крахмала, можно использовать метод затирания с кипячением густой части затора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Булгаков Н.И. Биохимия солода и пива. — М.: Пищевая промышленность, 1976.

2.Ермолаева ГА, Колчева РА. Технология и оборудование производства пива и безалкогольных напитков. — М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000.

3. Угрюмова В. Н. Исследование технологического процесса производства пива с использованием кукурузы: Автореф. дис... канд. т. н. 1977. (¡яу^

с /

ООО

«Олавутич»

производит

• Пастеризационно-охладительные установки

на все виды жидких продуктов по классическим и оригинальным схемам.

• Пластинчатые теплообменные аппараты:

охладители, подогреватели по разным компоновочным схемам и различной комплектации из пластин собственного производства, в том числе с бесклеевым соединением.

• Агрегаты для охлаждения жидких пищевых продуктов и технологических жидкостей модульного типа

• Станции учета жидких продуктов.

• Все виды пластин из нержавеющей стали к отечественным теплообменникам

НТ-90, НТ-90 кл (бесклеевая), АГ-1, АГ-2, АГ-2 Мкл (усовершенствованная бесклеевая), НТ-45, НТ-160, НТ-160 кл (бесклеевая), АГ-5 (НТ-500), в том числе для солевых растворов и агрессивных сред. Производится полная замена пластин АГ-2 и НТ-90 (клеевое соединение резинового уплотнения) на усовершенствованные АГ-2 Мкл и НТ-90 кл (бесклеевое соединение резинового уплотнения).

• Резинотехнические изделия, в том числе из силикона,

к оборудованию пищевых производств: уплотнения к пластинчатым теплообменникам, дисковым затворам различных модификаций, люкам для емкостей и резервуаров, манжеты армированные, кольца, профили различных видов, уплотнения для трубопроводов, сепараторов, насосов, кегов, автоматов розлива, резиновые шнуры разных диаметров.

Резинотехнические изделия, по желанию заказчика, могут быть изготовлены из резиновых смесей российского и западноевропейского производства. Принимаем заявки на изготовление любого вида резинотехнических изделий по чертежам или образцам заказчика.

428024

• Предлагаем клеи нового поколения ч Р/б '

отечественного и зарубежного производства для приклеивания Чувашская Респуол^а,

резиновых уплотнений к теплообменным пластинам. г. Чебоксары, пр. Мира, Д. 82, Офис 100

• Индивидуальные блочные тепловые пункты. Отдел пр°даж резинотехнических изделий

Тел./факс (8352) 66-42-66, 63-85-76, 63-85-16, в ночное время в режиме автомата — 63-83-54 Отдел продаж оборудования

Тел./факс (8352) 20-43-21, в ночное время в режиме автомата — 21-39-22, 21-39-52. E-mail: [email protected] http://www.slavut.biz

В С Я

П Р О Д У

К Ц

И Я

С Е Р Т И Ф

И Ц

И Р О В А Н А

ПИВО " НАПИТКИ

6•2004