CC BY
9205.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) DOI: 10.25712^Ш2072-8921.2020.03.009 УДК 663.452
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ БРОЖЕНИЯ ПИВНОГО СУСЛА НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СВЕТЛОГО ПИВА
Е. П. Каменская, А. А. Чанчикова
Статья посвящена изучению влияния различных способов брожения на видимую степень сбраживания пивного сусла, интенсификацию процесса главного брожения и качественные показатели светлого пива сорта «Немецкое». В качестве различных способов брожения сусла рассматривали: брожение в бродильных чанах и цилиндроконических танках при следующих режимах: классическим способом; при холодном брожении и при теплом режиме брожения. Для производства образцов пива светлого с экстрактивностью начального сусла 11 % использовались пивные дрожжи низового брожения Saccharomyces сегеу^'ае штамма № 95, с начальной концентрацией клеток в сусле 10-12 млн кл/см3. В процессе главного брожения в сусле контролировали изменения видимого экстракта, кислотности, видимой степени сбраживания, а в готовом пиве - качественные показатели традиционными методами, используемыми в пивоваренной промышленности. Анализ результатов исследования показал, что процесс сбраживания экстрактивных веществ сусла в ЦКТ при холодном и теплом режимах брожения завершается уже на четвертые сутки при видимой степени сбраживания 68,2 % и 67,3 % соответственно. Процесс брожения в ЦКТ классическим способом заканчивается на пятые, а в бродильном чане - на седьмые сутки при одинаковом показателе видимой степени сбраживания - 66,4 %. Установлено, что в технологии производства светлого пива «Немецкое» с использованием пивных дрожжей S. сегеу^'ае штамма № 95 наиболее эффективным является ведение процесса брожения в ЦКТ при холодном режиме с максимальной температурой 11 °С. Данный способ позволяет сократить длительность главного брожения до 4 суток при сохранении качества готового пива, а также увеличить видимую степень сбраживания сусла до 68,8 % и улучшить показатели пенообразования: высоту пены на 14 % и пеностойкость на 25 % по сравнению с контрольным образцом.
Ключевые слова: брожение, пиво, пивное сусло, бродильные чаны, цилиндроконические танки, дрожжи, дображивание, видимый экстракт, видимая степень сбраживания.
ВВЕДЕНИЕ
Пивоваренная промышленность России -одна из наиболее стабильно развивающихся отраслей народного хозяйства. В настоящее время происходит активное перевооружение отечественных пивзаводов за счет использования нового оборудования, направленного на сокращение длительности технологических операций при условии сохранения или улучшения качества сусла и готового продукта [1].
Сбраживание пивного сусла и созревание пива являются самыми длительными производственными 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 [2].
В практике пивоварения существует много способов ускорения процесса сбраживания пивного сусла, каждый из которых имеет как положительные, так и отрицательные стороны [3-6].
Так, в последние годы на пивоваренных предприятиях все чаще применяют специальные аппараты периодического принципа дей-
ствия: цилиндроконические танки (ЦКТ), которые получили широкое распространение благодаря многочисленным преимуществам, способствующим интенсификации процесса брожения. ЦКТ имеют ряд особенностей по сравнению с обычными бродильными аппаратами: они занимают относительно мало места, их легче компоновать в «батарею», которая обслуживается общей системой трубопроводов; благодаря конической части аппарата удаление дрожжей можно осуществлять в любой момент времени без нарушения технологического процесса; улучшается вкус и повышается стойкость пива благодаря более высокой степени сбраживания и др. Использование ЦКТ также позволяет ускорить процесс за счет совмещения технологических операций брожения и дображивания, что исключает перекачку молодого пива и связанные с этим потери времени, энергии и моющих средств [7-9].
Целью работы являлось изучение влияния различных способов брожения пивного сусла на интенсификацию процесса главного брожения и качественные показатели светлого пива.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводились в производственных условиях на базе ОАО «Барнаульский пивоваренный завод».
Для производства образцов пива светлого сорта «Немецкое» с экстрактивностью начального сусла 11 % использовалось следующее сырье: вода (по СанПиН 2.1.4.107401); солод пивоваренный ячменный светлый (по ГОСТ 29294-2014); хмелепродукты (по ГОСТ 32912-2014); пивные дрожжи низового брожения БассИаготусеБ сегеу1э1ае штамма W95.
В работе применялись стандартные ор-ганолептические и физико-химические методы анализа, принятые в пивоваренной промышленности. Содержание сухих веществ в сбраживаемом сусле определяли ареомет-рами-сахаромерами типа АС-3 и АСТ-2 (ГОСТ 18481-81), с погрешностью измерения ± 0,2 %. Определение содержания спирта и действительного экстракта проводили ди-стилляционным методом по ГОСТ 12787-81. Видимую степень сбраживания сусла определяли расчетным методом [10]. Кислотность пива оценивали прямым титрованием пробы с фенолфталеином - по ГОСТ 12788-87. Определение рН - по ГОСТ 31764-2012 при помощи автоматического анализатора БТ2100-Р. Определение цвета - методом визуального сравнения с цветом растворов йода различной концентрации - по ГОСТ 1278987. Массовую долю двуокиси углерода в пиве определяли с помощью афрометра - по ГОСТ 32038-2012. Органолептические показатели, высоту пены и пеностойкость - по ГОСТ 30060-93.
Перед затиранием очищенный солод измельчали на дробилке «Миллстар» с мягким кондиционированием. Дробленый солод смешивали с водой при температуре 40 °С ± 1 °С. Объем воды, используемый для затирания, определяли исходя из соотношения с дроблеными зернопродуктами как 1:2,5-4,0. Приготовление основного затора осуществляли в заторном чане-котле, который предназначен для смешивания дробленых зернопродуктов с водой, с последующим нагреванием заторной массы до определенной температуры и выдерживанием температурных пауз. При получении сусла использовали настойный режим затирания согласно технологическому режиму, представленному в таблице 1.
Процесс фильтрации сусла на фильтрационных чанах осуществляли в автоматическом режиме, заложенном в программе.
Последовательность операций при
фильтрации сусла была следующая:
1) вытеснение воздуха (набор воды под сита);
2) перекачка затора и циркуляция мутного сусла;
3) сбор первого сусла;
4) подача промывных вод;
5) осушение дробины и сбор промывных
вод;
6) выброс дробины;
7) закрытие и промывка клапанов дробины;
8) промывка под ситами;
9) ополаскивание и опорожнение фильтро-
чана.
Таблица 1 - Настойный режим затирания
Отфильтрованное сусло, собранное в танке-сборнике сусла с температурой 76 °С, подогревали до температуры 94 °С и направляли в сусловарочный котел. Затем собранное в сусловарочном котле пивное сусло подвергали в течение часа кипячению с системой «Джетстар» с внутренним кипятильником и добавлением хмеля. При этом температура сусла повышалась от 100 до 105 °С при кипячении с низким избыточным давлением.
Горячее охмеленное сусло из суслова-рочного котла насосом перекачивали в вир-пул, где происходило осветление сусла в результате осаждения частиц коагулировавшего белка и хмеля. Далее сусло в вирпуле оставляли в покое на 25 минут, а затем охлаждали в пластинчатом теплообменнике, откачивая его сначала через патрубок верхнего уровня, а затем, по мере освобождения вир-пула, через нижний патрубок.
Процесс брожения пивного сусла проводили в бродильных чанах рабочей вместимостью 2500 дал (контроль) и трех цилиндроко-нических танках при различных режимах: классическим способом, при холодном брожении и при теплом режиме брожения.
УСЛОВИЯ БРОЖЕНИЯ В БРОДИЛЬНЫХ ЧАНАХ
Сусло, охлажденное до температуры 9 °С, закачивали в бродильные чаны с одновременной задачей дрожжей в количестве
Операции Температура, ± 1 0С Тродолжитель-ность, мин
Выдержка при 45 10
Подогрев до 52 7
Выдержка при 52 15-20
Подогрев до 63 11
Выдержка при 63 45-60
Подогрев до 72 10
Выдержка при 72 20-30
10-12 млн кл/см3 и аэрацией стерильным воздухом до содержания кислорода 10 мг/л [11]. Брожение велось холодным способом, при этом начальная температура сусла составляла 8 °С, а максимальная температура брожения не превышала 10 °С. Главное брожение проводили до содержания видимого экстракта в сбраживаемой среде 3,3-3,7%.
Первые сутки брожения газовую смесь воздуха и углекислоты вытесняли в атмосферу. По достижении видимого экстракта 5,0 % газовую линию переводили в режим накопления углекислого газа. Брожение протекало под избыточным давлением от 0,1 до 0,3 бар.
Полученное молодое пиво с температурой 4±1 °С направляли в танки дображивания с рабочей вместимостью 5000 дал и предварительно охлаждали через пластинчатый теплообменник до температуры 1 °С. Шпунтование проводили после заполнения и полного вытеснения воздуха из горизонтального танка через 24 часа, когда давление в танке соответствовало 0,6 бар. Продолжительность дображивания составляло 21 сутки.
Давление в горизонтальном танке измеряли с помощью манометра избыточного давления, класс точности 2,5 по ГОСТ 2405-88.
УСЛОВИЯ БРОЖЕНИЯ
В ЦИЛИНДРОКОНИЧЕСКИХ ТАНКАХ
Геометрическая вместимость каждого ЦКТ составляла 20000 дал, а рабочая -15000 дал, имеющие автоматическую регулировку температуры. Перед подачей сусла в цилиндроконическом танке углекислотой создавалось противодавление 0,35 бар. Начальная концентрация дрожжевых клеток составляла от 10 до 12 млн кл/см3. Продолжительность заполнения ЦКТ - в пределах 24 часов с аэрацией стерильным воздухом. Воздух на аэрацию подавался из расчета 0,8 м3 на 1 м3 сусла в час, что обеспечивало содержание 7 мг/мл растворенного кислорода. Отсчет продолжительности процесса брожения и дображивания начинали с момента поступления всего объема сусла в ЦКТ. Брожение в ЦКТ проводили тремя различными способами:
1) классический способ. Охлажденное сусло до температуры 9 °С подается в коническую часть ЦКТ, где за первые двое суток температура бродящего сусла самопроизвольно поднимается с 9 °С до 12 °С. При достижении в пиве видимого экстракта от 4,5 % до 4,0 % ЦКТ переводят в режим накопления СО2 и плавно охлаждают до 1 °С;
2) холодный режим брожения. Максимальная температура при данном способе
составляет 11 °С. При достижении в пиве видимого экстракта от 4,5 % до 4,0 %, ЦКТ переводят в режим накопления СО2 и резко охлаждают до минус 1 °С;
3) теплый режим брожения ведут при максимальной температуре 16 °С. При достижении в пиве видимого экстракта от 4,5 % до 4,0 %, ЦКТ переводят в режим накопления СО2 и плавно охлаждают до 2 °С.
Главное брожение вели до содержания видимого экстракта в сбраживаемой среде 3,3-3,7 %.
Поддержание температурного режима в процессе брожения обеспечивалось подачей хладагента в верхнюю рубашку ЦКТ. При этом охлажденная верхняя масса бродящего сусла опускается вниз, а более теплая масса бродящего сусла поднимается вверх, обеспечивая естественное перемешивание бродящей массы сусла. Температура хладагента не превышала отметки минус 6 °С.
Дображивание в ЦКТ проводилось при избыточном давлении от 0,2 до 0,5 бар в течение 12 суток, что способствовало восстановлению содержания общего диацетила, насыщению пива диоксидом углерода и ускорению осаждения дрожжей.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В процессе главного брожения сусла в течение 8 суток контролировали изменение двух показателей: видимого экстракта и кислотности.
Видимую степень сбраживания анализировали по видимому экстракту, измеренному сахаромером в образцах сбраживаемого сусла при наличии в них спирта и диоксида углерода [10]. Полученные результаты изменения показателей видимого экстракта пивного сусла при различных условиях брожения отображены на рисунке 1.
Из рисунка 1 видно, что процесс сбраживания экстрактивных веществ сусла с начальной экстрактивностью 11 % в ЦКТ при холодном и теплом режимах брожения завершался уже на четвертые сутки при снижении видимого экстракта до 3,5 % и 3,6 % соответственно. Процесс брожения в ЦКТ классическим способом заканчивался на пятые сутки при содержании видимого экстракта -3,7 %, а в бродильном чане - только на седьмые сутки данный показатель составил 3,7 %. При этом максимальная видимая степень сбраживания пивного сусла была отмечена на четвертые сутки у образцов в ЦКТ при холодном и теплом режимах брожения и составила 68,2 % и 67,3 % соответственно.
Рисунок 1 - Динамика изменения видимого экстракта пивного сусла в зависимости
от способа брожения
Ускорение процесса брожения в ЦКТ вероятно обусловлено, в первую очередь, конструктивными особенностями цилиндрокони-ческого танка, которые способствуют интенсивному естественному перемешиванию сбраживаемого сусла.
Влияние различных способов главного брожения на динамику изменения показателя кислотности в пивном сусле показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Динамика изменения кислотностипивного сусла в зависимости от способа
брожения
Полученные результаты свидетельствуют, что показатель кислотности во всех образцах в процессе брожения возрос в среднем на 0,3 к. ед. независимо от способа брожения, что соответствует стандартному изменению кислотности в процессе главного брожения. Следовательно, из рисунка 2 можно сделать вывод, что вид оборудования, как и технологический режим в процессе главного брожения, существенно не влияют на данный показатель.
Готовое пиво после дображивания для улучшения коллоидной стойкости перед сепарированием и фильтрованием, дополнительно охлаждали до температуры -1 °С. ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 3 2020
Концентрация дрожжевых клеток в пиве перед сепарированием составляла 2,0 млн/ /см3, а перед фильтрованием - 0,5 млн/см3.
После фильтрации пиво находилось в условиях, обеспечивающих минимальный контакт с воздухом в сборниках готового пива (форфасах).
На следующем этапе исследования проводился сравнительный анализ физико-химических показателей образцов готового пива, полученного при различных условиях брожения. Физико-химические показатели пива светлого «Немецкое» приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-химические показатели различных образцов пива светлого «Немецкое», полученных с использованием различных способов брожения
Наименование показателя ГОСТ 317112012 Бродильный чан + горизонтальный танк) ЦКТ
Классический способ Холодный режим Теплый режим
Экстрактивность начального сусла, % 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0
Объемная доля спирта, %, не менее 4,0 4,4 4,3 4,2 4,5
Кислотность, к.ед., не более 2,6 1,8 1,7 1,9 1,9
рН, ед 3,8-4,8 4,0 3,9 4,0 4,1
Цвет, ц.ед. 0,2-2,5 0,6 0,6 0,5 0,5
Массовая доля двуокиси углерода, %, не менее 0,4 0,8 0,6 0,7 0,4
Пенообразование: высота пены, мм, не менее пеностойкость, мин, не менее 40 3 44 4 48 4 50 5 40 3
Примечания: 1. Массовую долю двуокиси углерода определяют в пиве, разлитом в бутылки. 2. Допустимое отклонение экстрактивности начального сусла ± 0,3 %. 3. Допустимые отклонения от объёмной доли этилового спирта составляют ± 0,5 %.
Результаты анализа экспериментальных данных показывают, что все опытные образцы независимо от емкостного оборудования, в котором проходило брожение, и технологического режима полностью соответствовали требованиям ГОСТ 31711-2012.
Следует отметить, что по большинству показателей не было выявлено существенных различий между опытными образцами, за исключением показателей массовой доли двуокиси углерода и пенообразования. Так, пиво, полученное в бродильном чане, характеризовалось несколько повышенной массовой долей двуокиси углерода - на 0,1-0,4 % по сравнению с образцами, брожение которых проходило в ЦКТ. Наименьшее насыщение двуокисью углерода было отмечено в пиве, полученном в ЦКТ в условиях теплого режима брожения, и составило 0,4 %.
Кроме того, такой показатель, как высота пены оказался также значительно ниже в образцах пива, сброженного в условиях ЦКТ по теплому режиму брожения - 40 мм, из чего можно сделать вывод, что температура брожения свыше 12 °С для данного штамма дрожжей приводит к снижению пенообразова-ния. Это, видимо, объясняется большим количеством выделяемых при брожении продуктов метаболизма дрожжей и автолизом клеток.
Качество готового пива характеризуют также органолептические показатели, такие как прозрачность, цвет, аромат, вкус, пена и насыщенность двуокисью углерода. Эти показатели индивидуальны для каждого сорта пива и являются критерием оценки его потребительских свойств. Для органолептиче-ской оценки образцов использовали принятый в пивоварении метод 25-балльной системы, в которой сенсорные показатели объединены в пять групп.
Все органолептические показатели качества пива определялись в процессе закрытой дегустации. Дегустацию проводили согласно требованиям, в хорошо проветриваемом помещении с температурой воздуха 23 °Си относительной влажностью 80 %. Температура исследуемых образцов пива составляла 12±2 °С. Для дегустации использовались цилиндрические бокалы из бесцветного прозрачного стекла вместимостью 200 см3 [12, 13]. При последующем подсчете результатов дегустации была составлена диаграмма, в которой все 5 показателей качества имеют одинаковый коэффициент весомости. Полученные результаты дегустационной оценки отображены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Дегустационная оценка качества образцов пива сорта «Немецкое», полученных с
использованием различных способов брожения
Согласно дегустационной оценке, лучшими характеристиками обладали образцы пива, произведенного классическим способом брожения в бродильных чанах с дображива-нием в горизонтальных танках (25 баллов) и в ЦКТ с холодным режимом брожения (23 балла). Данные образцы имели светло-золотистый цвет; приятный насыщенный аромат; чистый, соответствующий данному типу пива вкус, мягкую хмелевую горечь, а также обильную, устойчивую пену. Наименьшее количество баллов и удовлетворительную оценку (16 баллов) получил образец пива, приготовленный по теплому режиму в ЦКТ, который имел пустоватый, слабо выраженный вкус с наличием постороннего привкуса авторизованных дрожжей и недостаточное насыщение двуокисью углерода.
ВЫВОДЫ
Исследовано влияние различных способов брожения на интенсификацию процесса главного брожения и качественные показатели светлого пива сорта «Немецкое».
На основании проведенных исследований можно заключить, что все опытные образцы пива независимо от емкостного оборудования, в котором проходило брожение и технологического режима по физико-химическим показателям полностью соответствовали требованиям ГОСТ 31711-2012.
Установлено, что в технологии производства светлого пива «Немецкое» с использованием пивных дрожжей S. cerevisiae штамма W 95 наиболее эффективным является ведение брожения в ЦКТ при холодном режиме. Данный способ позволяет сократить длительность главного брожения до 4 суток
при сохранении качества готового пива, увеличить видимую степень сбраживания сусла до 68,2 % и улучшить показатели пенообра-зования: высоту пены на 14 % и пеностой-кость на 25 % по сравнению с контролем.
Показано, что использование теплого режима брожения в ЦКТ (при температуре выше 12 0С), несмотря на интенсификацию процесса брожения на трое суток по сравнению с контролем, в данной технологии проводить нецелесообразно, поскольку приводит к существенному ухудшению органолептиче-ских показателей пива, таких как насыщенность двуокисью углерода, вкус, прозрачность и аромат.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хлыновский, М. Д. Методика оценки качества сусла в современном пивоварении / М. Д. Хлыновский, Г. А. Ермолаева, А. Д. Хлыновский // Пиво и напитки. - 2008. - № 1. - С. 38-39.
2. Ермолаева, Г. А. Брожение пивного сусла / Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 2003. - № 2. -С. 14-15.
3. Мамарасулов, Б. Д. Интенсификация процесса сбраживания пивного сусла / Б. Д. Мамара-сулов, О. А. Насирова, Д. Т. Мирзарахметова // Пиво и напитки. - 2017. - № 5. - С. 24-27.
4. Применение новых видов пищевых подкормок для дрожжей в производстве пива / Л. В. Пер-мякова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - № 2 (29). - С. 46-52.
5. Каменская, Е. П. Использование экстракта пантокрина в технологии производства светлого пива / Е. П. Каменская, В. А. Вагнер, С. И. Камаева // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. - 2019. - № 5 (58). - С. 11-17.
6. Вагнер, В. А. Исследование влияния различных доз пантокрина на процессы главного брожения пивного сусла / В. А. Вагнер, А. А. Теплова,
Е. П. Каменская [и др.] // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств : материалы XX Международной научно-практической конференции. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2019. -С. 95-100.
7. Артюшкин, А. Ю. Оптимальное управление температурой брожения пива в цилиндрокониче-ском танке / А. Ю. Артюшкин // Пиво и напитки -2010. - № 2. - С. 17-19.
8. Чейка, П. Влияние способа брожения на аналитические и сенсорные свойства пива / П. Чейка, И. Чулик, Т. Горак, М. Юркова, В. Келль-нер // Пиво и жизнь. - 2006. - № 4. - С. 19-25.
9. Кунце, В Технология солода и пива / Вольфганг Кунце ; пер. с нем. Г. В. Дарков. - СПб. : Профессия, 2001. - 912 с.
10. Ермолаева, Г. А. Степень сбраживания сусла и пива / Г. А. Ермолаева // Пиво и напитки. -2003. - № 6. - С. 14-15.
11. Аннемюллер, Г. Дрожжи в пивоварении / Г. Аннемюллер, Г. Й. Мангер, П. Литц. - СПб. : Профессия, 2015. - 428 с.
12. Экспертиза напитков. Качество и безопасность / ред. В. М. Поздняковский. - Новоси-
бирск : Сибирское университетское издательство, 2007. - 408 с.
13. Меледина, Т. В. Качество пива : стабильность вкуса и аромата, коллоидная стойкость, дегустация / Т. В. Меледина. - СПб. : Профессия, 2011. - 224 с.
Каменская Елена Петровна, к.б.н., доцент кафедры технологии бродильных производств и виноделия ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», 656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, е-mail: kamenskaya.e.p @mail.ru, тел.:8(3852)29-87-38.
Чанчикова Анастасия Андреевна, магистрант кафедры технологии бродильных производств и виноделия ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, е-mail: e-kam2007@yandex.ru, тел.: 8(3852) 29-87-38.
