Физико-химические свойства пива

В течение 150 лет считалось обычным, чтобы требуемый солод изготавливался собственными силами, для чего каждое пивоваренное предприятие имело собственную солодовню, в которой зимой готовился солод, а затем в начале лета он перерабатывался в пиво. Все работы выполнялись одними и теми же людьми, и поэтому возникла профессия «пивовар- солодовщик», существующая в Германии и поныне.

Приготовление солода в те времена  и до середины XX века было очень трудоемким в связи с применением тяжелого физического труда на гигантских токах. При сушке для перелопачивания солода также требовался ручной труд. Переход к современным пневматическим системам солодоращения связан с большой экономией энергии и рабочей силы. Сегодня в солодовне почти нельзя увидеть людей — всем управляет компьютер.

За последние 150 лет произошли  революционные изменения и на пивоваренных предприятиях. После появления холодильных машин следующим крупным достижением явилось применение Лоренцем Энцингером фильтрования пива (1879 г.). С тех пор стало возможным отфильтровывать пиво до блеска. С помощью применения соответствующих стабилизирующих средств стало возможным обеспечить весьма продолжительную стойкость пива и тем самым производить его независимо от времени потребления.

Использование высокопроизводительных линий розлива, почти полностью  исключающих доступ в пиво воздуха, обеспечивает сегодня сохранение исходного качества пива в течение долгого времени. В последние годы были получены существенные знания, раскрывающие проблему стойкости вкуса пива.

В настоящее время уже можно  контролировать приготовление пива, применяя разнообразные механизмы контроля и регулирования, а совершенная техника обеспечивает непрерывный производственный контроль on-line. При помощи автоматизации обеспечивается автоматическое протекание большинства процессов приготовления пива. Все чаще рабочее место пивовара характеризуется наличием компьютера. Кроме того, благодаря использованию соответствующих методов отбора и контроля качества сырья и вспомогательных материалов повышается уровень производства, гарантирующий условия для достижения хорошего качества пива.

 

1.2. ПРОИЗВОДСТВО ПИВА

 

1.2.1. Сырье.

Для приготовления пива требуется  четыре вида сырья: ячмень, хмель, вода и дрожжи. Качество этого сырья оказывает огромное влияние на качество изготовляемой продукции. Знание свойств сырья, его влияния на способ приготовления и на конечную продукцию является основой для подготовки и переработки сырья.

Основное сырье для приготовления  пива — ячмень. Его применение основано на том, что в нем содержится много крахмала и что даже после обмолота и переработки в солод в ячмене содержатся оболочки зерна (мякинные оболочки), которые способны формировать фильтрующий слой, необходимый в последующем процессе производства. Перед использованием для варки пива ячмень должен быть переработан в солод.

Зачастую используются также несоложеные зерновые — кукуруза, рис, сорго, ячмень, пшеница или приготовленные из них продукты - несоложеные зернопродукты (так называемая несоложенка). Пшеница применяется в виде соложеного сырья, особенно для производства пива верхового брожения; также в соложеном виде перерабатывается и сорго, особенно в Африке. Хмель придает пиву горьковатый вкус и влияет на его аромат. От качества хмеля существенно зависит качество пива.

В процентном отношении наибольший объем среди всех видов сырья  занимает вода, которая, участвуя во многих процессах приготовления пива, влияет на его характер и качество. Кроме того, вода непосредственно участвует во многих процессах солодоращения и пивоварения. Спиртовое брожение при приготовлении пива вызывается жизнедеятельностью дрожжей, которые в силу этого необходимы. Одновременно дрожжи оказывают влияние на качество пива через побочные продукты брожения.

 

1.2.2. Производство солода.

Без солода приготовить пиво невозможно, и поэтому первым этапом его приготовления  является производство солода. Конечно, солод можно получить не только из ячменя, но и из других видов зерновых (например, из пшеницы, ржи или сорго), однако исторически по ряду причин для изготовления пива в качестве наиболее целесообразного сырья применяется именно ячменный солод. Для производства 1 л пива с содержанием в готовом сусле 11% сухих веществ требуется около 17 кг солода.

Производство солода из ячменя (солодоращение) осуществляется в настоящее время почти исключительно на крупных промышленных солодовенных заводах, тогда как прежде пивоваренные предприятия обычно готовили солод в своих солодовнях.

Цель солодоращения состоит в том, чтобы накопить в ячменном зерне ферменты и обеспечить с их помощью определенные биохимические изменения веществ зерна. Для этого ячмень проращивают и в необходимый момент прерывают этот процесс. Полученный солод выглядит почти так же, как и ячмень, из которого он получен.

Для решения указанных задач  поставленный на солодовенный завод ячмень очищают, сортируют и до момента переработки складируют в большие силосы.

При замачивании ячмень поглощает  необходимую для прорастания воду и затем проращивается в больших ящиках. В заключение прорастание прерывают сушкой при высокой температуре. Готовый солод хранится в силосах до его продажи.

 

1.2.3. Производство сусла.

Основным процессом при производстве пива является сбраживание содержащихся в сусле сахаров в спирт и двуокись углерода. Чтобы создать для этого необходимые предпосылки, прежде всего необходимо превратить первоначально нерастворимые составляющие солода в сбраживаемый сахар. Это превращение и растворение составляющих является целью производства сусла. Тем самым создается исходная основа для сбраживания сусла в бродильном и лагерном отделениях.

Приготовление сусла осуществляют в варочном цехе (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Производство сусла.

1 — бункер для солода, 2 — дробилка для грубого помола, 3 — аппарат для затирания, 4 — фильтрационный чан, 5 — сусловарочный котел, 6 — вирпул, 7 — пластинчатый холодильник.

Солод из солодового бункера (1) попадает в солододробилку (2), где он соответствующим образом измельчается.

В варочном цехе дробленый солод смешивается с водой (затирается) и в двух заторных емкостях (3) — заторном чане и в заторном котле — происходит расщепление его компонентов с образованием максимально возможного количества растворимых экстрактивных веществ. Иногда кроме этих емкостей используют дополнительно котел для разваривания несолеженого сырья, применяемого при затирании в качестве добавки.

В следующем фильтрационном чане (4) растворимые экстрактивные вещества сусла отделяют от нерастворимых веществ (дробины).

Сусло кипятится в сусловарочном  котле (5) с хмелем, благодаря чему пиво приобретает горький вкус. В  конце кипячения сусла в котле  работу в варочном цехе контролируют путем определения выхода экстракта  в варочном цехе.

В вирпуле (6) или на сепараторе (центрифуге) горячее сусло освобождается от отделившихся частичек, белкового отстоя и охлаждается на пластинчатом холодильнике (7), так как последующее сбраживание должно проводиться при более низких температурах.

 

1.2.4. Производство пива.

Для превращения сусла  в пиво сахар, содержащийся в сусле, должен быть сброжен ферментами дрожжей в этанол и углекислоту. При этом возникают побочные продукты брожения, которые существенно влияют на вкус, запах и другие потребительские свойства пива. Образование и частичное расщепление этих побочных продуктов тесно связано с обменом веществ дрожжей.

Сбраживание и созревание пива происходит на многих пивоваренных предприятиях по классическому способу в бродильном и лагерном отделениях (рис. 1.2).

Рисунок 1.2. Брожение, созревание и фильтрование.

1 — Бродильный чан, 2— лагерный танк, 3— цилиндроконический танк, 4— фильтр, 5— пастеризатор.

На предприятиях, оснащенных современным оборудованием, брожение и созревание проводится в цилиндроконических танках (ЦКТ) (3).

По завершении брожения, созревания и дображивания пиво фильтруют и подвергают биологической и коллоидной стабилизации. Это происходит с помощью фильтров (4) и пастеризатора (5). После этого пиво можно подавать на розлив.

 

1.2.4.1. Дрожжи как важнейший партнер пивовара.

Многие пивовары используют светло-коричневую массу дрожжей только как добавку к суслу и ожидают, что из этого получится пиво, забывая при этом, что эта масса состоит из миллиардов отдельных клеток, существующих абсолютно независимо друг от друга и унаследовавших свои свойства благодаря развитию миллиардов предшествующих поколений, что и сохранено в их генах.

Не мы определяем, что должны делать дрожжи, но мы должны управлять факторами, которые регулируют их работу. При этом нельзя забывать о том, что «интересы» дрожжевой клетки совершенно иного рода, чем интересы пивовара. Если последнего в первую очередь интересуют спирт и СО₂, то для дрожжей это — яд, от которого они стремятся избавиться, и поэтому выделяют наружу. Для дрожжевой клетки имеет значение только получение энергии (при потреблении питательных веществ) для продолжения своего существования и образования клеточной массы.

Из этого следует, что компоненты, имеющие ценность для пива, могут возникать только тогда, когда создаются оптимальные условия для дрожжевой клетки. Таким образом, качество пива в решающей степени зависит от дрожжей и их обмена веществ. Поэтому прежде чем перейти к деталям, рассмотрим процессы, происходящие с дрожжами во время брожения и созревания.

После попадания в сусло дрожжевая  клетка должна, прежде всего привыкнуть к новой среде, которая оказывает на нее сначала шоковое воздействие: другая температура, pH, высокая концентрация сахара и т. д. В течение нескольких часов дрожжевая клетка выделяет во внешнюю среду аминокислота и нуклеотиды, однако вскоре она начинает потреблять некоторые из них обратно. Чем выше температура, тем больше выделяется аминокислот, но процесс привыкания (лаг-фаза) длится, в общем-то, короткое время. Перед тем как клетка вступает в тесный контакт с новой средой, она расщепляет хранящиеся в ней запасные вещества, которые дают ей первую энергию.

Избыточное количество сбраживаемых сахаров в сусле стимулирует потребление сахара клеткой. Одновременно с поступлением растворенного кислорода начинается и дыхание, которое приводит к выделению в митохондриях, этих силовых станциях клетки, большого количества энергии. Благодаря такому энергетическому сдвигу у дрожжей появляется возможность не только начать брожение, но и одновременно образовывать новые клеточные вещества и размножаться почкованием. Вещества, необходимые для образования клеточной субстанции, дрожжи получают из сусла. Пивовар же должен заботиться только о том, чтобы в сусле всегда были все необходимые для этого компоненты, а именно:

- аминокислоты для образования клеточных веществ;

- фосфаты для образования АТФ и двойного фосфолипидного слоя клеточных и внутренних мембран;

- сахар для создания запасных углеводов;

- соли и микроэлементы (например, цинк);

- кислород в достаточном количестве для дыхания и ряда других превращений.

Большинство этих веществ всегда присутствуют в сусле в достаточном количестве или они могут быть самостоятельно синтезированы дрожжами, однако недостаток отдельных компонентов может привести к проблемам при брожении. Именно об этом должен помнить пивовар, если он захочет применить другое сырье или заменить часть засыпи несоложеными материалами или сахаром, который вообще не содержит аминокислот и солей.

В этой крайне активной фазе, когда  в сусле есть еще много питательных  компонентов в форме сбраживаемых сахаров, дрожжи создают запас резервных углеводов (гликогена и трегалозы), чтобы при недостатке питания иметь сырье для получения энергии.

Эта логарифмическая фаза (log-фаза) является важнейшим этапом брожения, так как именно в ней исчезает вкус сусла и благодаря метаболизму дрожжей определяются важнейшие качественные параметры будущего пива.

Как только запасы кислорода становятся исчерпанными, дрожжи должны снова перестраивать свое «энергетическое хозяйство» на анаэробный гликолиз и обходиться минимальным количеством энергии, получаемой через сбраживание сахара в спирт и СО₂.

Признак того, что log-фаза подходит к концу, — низкое содержание сбраживаемого сахара во внешней среде. Брожение считается законченным, когда сахара почти не остается. Дрожжи начинают флокулировать, размножение останавливается, спирт и СО₂ как клеточные яды все в большей мере угнетают дрожжевую клетку. Так как возникающие в танке во время главного брожения турбулентные  потоки ослабевают или совершенно прекращаются, дрожжи медленно оседают на дно, откуда их можно собрать.

Теперь для дрожжей начинается самое трудное время, поскольку  они начинают ощущать недостаток энергии и должны использовать свои собственные запасы. Дрожжи начинают медленно выделять во внешнюю среду продукты метаболизма и аминокислоты. Именно в этот момент они должны быть собраны.

Несмотря на низкие температуры  во время дображивания, дрожжи для поддержания своей жизни нуждаются в энергии, правда, совсем в небольших количествах. Они начинают расщеплять резервные углеводы и другие вещества, и все больше продуктов метаболизма выделяется во внешнюю среду. Наконец, клетка может умереть. Тогда ферменты начинают растворять ее изнутри, повреждают клеточную стенку и все содержимое растворенной клетки попадает в пиво. Из-за этого существенно ухудшается вкус и пена, pH пива повышается, а перешедшие в раствор компоненты клетки являются прекрасной пищей для инфицирующей микрофлоры. Поэтому пивовары должны заботиться о своевременном и повторном снятии дрожжей.

Но и после съема дрожжей  забывать о них нельзя. Дрожжи должны храниться в холоде, причем таким  образом, чтобы в последующем  цикле использования и при  возможно большем числе этих циклов они быстро и полно восстанавливали бы свою активность.

Все эти замечания необходимы, так  как каждый пивовар должен осознать, что при приготовлении пива дрожжи — его важнейший партнер. Только если для этого партнера созданы оптимальные условия, можно надеяться на получение оптимального результата для качества пива.