Разработка интенсивной технологии сусла на современных пивоваренных заводах Хлыновский Михаил Данилович

Содержание к диссертации

1. Введение 9

2. Обзор литературы 11

2.1 Требования, предъявляемые к пивному суслу и его физико- 11
химические показатели

1. Требования к пивному суслу, предназначенному для 11 сбраживания в цилиндроконических бродильных аппаратах большой вместимости

2. Вещества ячменя и несоложеных материалов, обуслов- 13 ливающие физико-химические свойства сусла

3. Целлюлоза 13

4. Гемицеллюлозы и гумми-вещества 14

5. Пектиновые вещества 16

6. Белки 17

7. Полифенольные вещества 18

2.2 Биокатализ несоложеного сырья 18

8. Ферменты зерновых культур 18

9. Ферментные препараты, применяемые в производстве 22 сусла

10. Виды используемого несоложеного сырья, применяв- 31 мого в пивоварении

11. Ячмень и продукты его переработки 31

12. Использование риса 35

13. Использование кукурузы 35

14. Использование пшеницы 37

15. Нетрадиционное сырьё для пивоварения 38

16. Солодовые экстракты, сиропы из крахмала и 40 сахаросодержащее сырьё

17. Глюкозо-фруктозные и мальтозные си- 41 ропы

18. Полисолодовые экстракты и концен- 42 траты сусла

19. Сахаристые вещества 44

2.3 Современные способы приготовления пивного сусла 45

20. Дробление зернопродуктов 45

21. Затирание 48

22. Процессы перемешивания при затирании 49

23. Реология процесса затирания 51

24. Подкисление затора 51

25. Способы затирания 54

26. Специальные технологические способы и приемы 56

3. Фильтрование затора 57

4. Кипячение сусла 58

1. Физико-химические процессы, происходящие 58 при кипячении

2. Современные способы и оборудование для при- 60 готовления охмеленного сусла

3. Технологические приемы для улучшения каче- 65 ство пивного сусла

2.3.5 Осветление и охлаждение сусла 67

4. Менеджмент качества при приготовлении пивного сусла 70

5. Заключение 74 3 Экспериментальная часть 75

3.1 Материалы и методы исследования 75

1. Объект исследования 75

2. Методы исследования 77

3. Методы анализа сухих веществ ячменного солода 77

4. Контроль качества зерна ячменя, риса и обезжи- 78 ренной кукурузной крупы

5. Определение активности ферментов сырья и фер- 79 ментных препаратов

3 Л .2.4 Определение физико-химических показателей 82

процесса приготовления сусла

3.1.2.5 Определение физико-химических показателей пи- 86
ва

3.1.2.6 Определение физико-химических показателей воды 86
3.2 Результаты экспериментов и их обсуждение 87

3.2.1 Разработка режимов затирания при получении пивного 87
сусла по интенсивному способу

6. Разработка интенсивных режимов затирания с 88 предзатиранием несоложеных риса и ячменя

7. Разработка интенсивного режима затирания с 94 предзатиранием несоложеной кукурузы

8. Изучение сусла, полученного с использованием 97 крахмальной патоки

3.2.2 Исследование использования ферментных препаратов 98
Церемикс 2XL, Улыпрафло L и Нейтразы 0,5L для интенси
фикации процесса получения сусла

9. Изучение ферментных препаратов Церемикс 2Х 98 L, Улътрафло L и Нейтразы 0,5L

10. Влияние Нейтраза 0,5 L на содержание амин- 104 ного азота

11. Влияние совместного действия Церемикса 2XL 104 и Улыпрафло L на показатели сусла

12. Влияние Улътрафло L на вязкость и содержа- 105 ниє Р-глюкана в сусле

3.2.3 Изучение гидролиза кукурузного крахмала биокатали- 108

заторами

3.2.4 Изучение углеводного состава сусла и крахмальных 115

гидролизатов

3.2.5. Регулирование рН пивного сусла с использованием 125

подкислителей в процессе его приготовления

13. Изучение состава воды, используемой для при- 125 готовления сусла

14. Исследование влияния подкислителей на вели- 126 чину рН при затирании сусла

15. Изучение биологического подкисления на рН 128 затора и охмеленного сусла

16. Использование конденсата для приготовления 129 пивного сусла

6. Исследование изменения характеристик сусла в про- 129 цессе его фильтрования

7. Исследование влияния режимов и технологических 131 приемов на содержание коагулируемого азота в сусле при

его кипячении и охлаждении

3.2.7.1 Исследование влияния режимов кипячения и ^¹
мойки в СВА на содержание коагулируемого азота

2. Исследование влияния пищевой добавки карраги- ^⁵ нана на содержание коагулируемого азота в сусле

3. Сбраживание сусла, осветленного каррагинаном 136

3.2.7.4 Исследование влияния выдержки сусла в гид- ¹³"
роциклонном аппарате на содержание коагулируемого
азота

3.2.8 Исследование влияния режимов и технологических 137
приемов при кипячении и охлаждении сусла на содержание

в нём горьких веществ

1. Предварительная обработки хмелепродуктов 139 ферментными препаратами

2. Предварительная обработки хмелепродуктов 140 сахарным сиропом

3.2.8.3 Изучение влияния внесения хмелепродуктов в 140
сборник сусла на горечь сусла

4. Исследование влияния термообработки экс- 141 тракта хмеля и сульфата магния на изомеризацию горьких веществ

5. Исследование влияния рН и сульфата магния 142 на увеличение изомеризации горьких веществ гранулированного хмеля

6. Влияние температуры на извлечение горьких 143 веществ хмеля

7. Исследование изменение изогумулона по стади- 143 ям приготовления сусла

3.2.9 Разработка технологии «барного» пива 144

1. Получение сусла, приготовленного из 100 % со- 144 лода, для производства пива с пониженной степенью сбраживания

2. Разработка технологии получения пива с пони- 147 женной конечной степенью сбраживания («барного» пива) из сусла, приготовленного с использованием несоложеного сырья

3. Интенсификация стадий получения пивного сусла 150

4. Методика оценки качества пивного сусла

4. Результаты и выводы 153

5. Список используемых источников 155

6. Приложения 178

Введение к работе

До тридцатых годов нашего века в качестве основного сырья и одновременно единственного источника ферментов в производстве пива использовался солод. С развитием производства гидролитических ферментов появились более широкие возможности проведения ферментативных процессов приготовления сусла, а, следовательно, и новые технологические и экономические возможности. Используя качественный солод при производстве сусла можно без влияния на качество пива заменять до 20...30 % солода зерновыми злаками. По литературным данным, уже в 1932 году была запатентована подготовка несоложеных зерновых злаков с применением бактериальной амилазы, а в 1939 г. получен патент на получение сусла с применением несоложеного сырья при использовании ферментов панкреаса. Первый патент на производство сусла на базе несоложеных зернопродуктов и микробных гидролаз при использовании всего 10 % солода был получен в 1962 г. В конце 70-х годов велись научно-исследовательские работы по непрерывным методам брожения, в т. ч. с применением иммобилизованных дрожжей, а также непрерывная технология приготовления пивного сусла [54, 105, 135].

Внедрение цилиндроконических бродильных аппаратов (ЦКБА) произвело техническую революцию в бродильной отрасли: значительно сократился цикл производства, улучшилось санитарное состояние предприятий и качество продукции, была автоматизирована мойка, повысилась рентабельность производства и значительно улучшились условия труда работников [21]. В России накоплен большой опыт производства сусла с применением микробных гидролитических ферментных препаратов (ФП), который уже в течение нескольких лет обогащается использованием ферментов, присутствующих на нашем рынке. Хорошо изучено влияние ФП растительного и микробного происхождения на разных стадиях процесса пивоварения при переработке солода с высоким содержанием несоложеных материалов.

В последние годы в мире прослеживается тенденция неуклонного увеличения потребления пива. При этом пивоваренная отрасль - одна из немногих в России, которая выпускает продукт, по качеству соответствующий ми-

ровым стандартам. К настоящему времени она находится в переходной стадии между развитием и зрелостью {рисунок 1), так как период бурного роста, приходящийся на 1997...2002 гг., уже пройден [33].

Период

Рисунок 1. Развитие жизненного цикла пивоваренной отрасли России

Как известно, развитие любого объекта осуществляется в соответствии с объективными законами материалистической диалектики, которая по-прежнему остается одним из основных методов научного познания. Поэтому, продумывая направление научных изысканий в пивоварении, необходимо чётко представлять диалектическую взаимосвязь науки, технологии, техники, экономики и др. Законы: - взаимопроникновения противоположностей; - перехода количественных изменений в-качественные; - отрицания» отрицания — согласуются с изменениями, которые сейчас происходят в пищевой промышленности и прежде всего в пивоварении.

Основными принципами современного пивоварения можно считать: использование высококачественного сырья; минимизация окисления сусла и пива кислородом в процессе их производства; снижение тепловой нагрузки на

сусло; повышение биологической и коллоидной стабильности продукта; применение современных биологических и технических систем разведения дрожжей и брожения; гарантированное соблюдение требований производственной санитарии; совершенствование управления производством и качеством [208].

В 2007 г. было произведено 1159,7 млн дал пива или 115,9 % к уровню 2006 г. Таким образом Россия стала занимать четвёртое место по потреблению пива на душу населения (84,5 л/чел). Новые реконструируемые предприятия оснащают современным высокопроизводительным оборудованием. Поэтому назрела необходимость разработать рекомендации по его эффективной работе и режимы переработки разного сырья для получения пива конкурентоспособного качества. 2 Обзор литературы

2.1 Требования; предъявляемые к пивному суслу, и его физико-химические показатели

2.1.1 Требования к пивному суслу, предназначенному для сбраживания в цилиндроконических бродильных аппаратах большой'вместимости

К суслу, предназначенному для сбраживания в аппаратах большой вместимости (в основной своей массе это ЦКБА объемом 400...1000 м³ и более), предъявляются более строгие, по сравнению с классическим пивоварением, требования.

Солод, из которого будет производиться сусло, должен быть хорошо растворен и приготовлен из высококачественного ячменя с высокой прорастае-мостью. Содержание свободных аминокислот также должно быть повышенное. Вода для затирания не должна содержать нитратов и тяжелых металлов, оказывающих отрицательное действие на дрожжи во время ферментации [102]. Показатели сусла в значительно большей степени влияют на качество готового пива, полученного в ЦКБА, чем свойства засеваемых дрожжей, хотя и к ним предъявляются повышенные требования. В зависимости от режима брожения сусло должно подаваться в ЦКБА в интервале температур 9... 12 С. Для правильного хода брожения необходимо, чтобы на выходе из теплооб-менного аппарата, охлаждающего сусло, температура колебалась не более ± 0,2 С по сравнению с заданной. Важным фактором является содержание в

сусле кислорода. Сусло насыщают кислородом через аэрационные свечи, струйные смесители, форсунки, центробежные смесители и другие приспособления [151]. Излишнее содержанием кислорода количество усиливает размножение дрожжей и, как следствие, приводит к повышенному образованию побочных продуктов, что может привести к увеличению процесса брожения и ухудшению вкуса пива.

Содержание кислорода во всем объеме сусла не должно быть ниже 6...8 мг/дм³, максимум - 18 мг/дм³. При осветлении сусла флотацией расход воздуха по сравнению с аэрацией увеличивается в 2...6 раз [151].

Обычно объем ЦКБА соответствует объему 3...10 варок (заполнение должно производиться не более 24 ч). Во время заполнения дрожжи вносят не во все варки, а дробно от 1 до 3 раз. Либо все количество в 1-ю варку, либо в 1-ю и 2-ю, либо в 1-ю и 2-ю, а также в середине заполнения емкости 4-ю - 6-ю варку [106].

Сусло должно быть хорошо осветлено, т. к. это влияет на длительность брожения* и созревания. Наличие мути, также, способствует образованию сернистых соединений, влияющих на вкус и аромат пива. Для удаления мути наряду с флотацией и центрифугированием, применением гидроциклонного аппарата (ГА) (удаляется лишь 50...60 % мути), можно использовать кизельгу-ровую фильтрацию для понижения содержания-мути до 70... 100 мг/дм³.

Общий азот рекомендуется поддерживать в сусле на уровне 95... 115 мг/100 см³, причем а-аминного азота должно приходиться не менее 25...30 мг/100 см³, для предотвращения образования^ повышенного количества побочных продуктов брожения. В более густых заторах образуется большее количество аминокислот.

Содержание полифенолов должно быть 180...300 мг/дм³, в т. ч. антоциа-ногенов - 70...140 мг/дм³ и танноидов - 60...100 мг поливинилпирролидо-на/дм³.

Относительная вязкость 10 %-го пивного сусла должна быть менее 1,6 мм /с (оптимально 1,55 мм7с) [151]. Пиво, как коллоидная система, обладает реологическими свойствами. Оно относится к свободно дисперсной системе способной к вязкому течению, т. е. к непрерывному изменению своей формы во времени под влиянием даже очень малых напряжений сдвига. Пиво можно считать маловязкой жидкостью [136].

Так как брожение ведется до полного сбраживания Сахаров и более высокая степень сбраживания обеспечивает получение стойкого пива, то конечная степень сбраживания (КСС) сусла должна быть не менее 85...87 %. Это можно достигнуть за счет большей выдержки затора при 60...65 С. При снижении значения рН сусла создаются благоприятные условия для амилаз солода, что также приводит к увеличению сбраживаемых Сахаров и КСС. [29].

Таким образом, к суслу предъявляются особые требования: оно должно иметь достаточное количество легко усваиваемых дрожжами углеводов и азотистых веществ и обладать низкой вязкостью.

Помимо прочего сусло должно обладать микробиологической чистотой. Во многих странах наблюдается тенденция по ужесточению микробиологических нормативов. Количество микроорганизмов в сусле и пиве должно стремиться к нулю [76, 122]. На предприятиях должна быть установлена последовательность, периодичность и программа мойки всего оборудования. Санитарная обработка на пивоваренном предприятии, как процесс, входит в единую концепцию управления качеством. Методологический подход к обеспечению совершенствования процессов санитарной обработки заключается в виде следующих основных положений: оптимизация процесса — периодичность, место, параметры; анализ эффективности - количественно и качественно с использованием статистических методов; информативность - своевременное выявление масштаба и характеров несоответствий и выбор корректирующих и предупреждающих действий [17].

В свете сказанного при производстве пива в ЦКБА большое значение имеет осуществление менеджмента качества на пивоваренном заводе. В случае использования интенсивной технологии сусла - менеджмент качества варочного цеха приобретает более важное значение.

2X2 Вещества ячменя и несоложеных материалов, обусловливающие физико-химические свойствасусла

Высокомолекулярные соединения (ВМС) в зернопродуктах представлены крахмалом, некрахмальными полисахаридами, белковыми веществами, полифенолами. Рассмотрим важные соединения, которые влияют на физико-химические свойства сусла и пива. 2.1.2.1 Целлюлоза

Целлюлоза - линейный полимер P-D-глюкопиранозы, где глюкозные ос-

татки соединены {3-1,4-глюкозидными связями. В ячменном зерне содержание целлюлозы (С₆Ню05)п составляет 3,5...7,0 %, входит в состав клеточной оболочки зерна в виде кристаллических микрофибрилл. Целлюлоза не растворяется в воде и только набухает в ней. Хотя микрофибриллы целлюлозы составляют менее 20 % объема клеточной стенки, они являются ее основными структурными единицами. Если из оболочки удалить все остальные компоненты кроме целлюлозы, то это не повлияет на форму клетки и на механические свойства стенок. Под действием кислот распадается до глюкозы,, а в технологическом процессе остается неизменной [1, 213].

2.1.2.2 Гемицеллюлозы и гумми-вещества

Гемицеллюлозы - это полисахариды со степенью.полимеризации 30:..200 и с М 10...40.000 [29]. Гемицеллюлозы. в межклеточной стенке находиться между микрофибриллами целлюлозы- в кристаллическом или аморфном состоянии. Легкогидролизуемыми и обладающие большей растворимостью являются гемицеллюлозы не связанные с целлюлозой. Трудно гидролизуемые гемицеллюлозы. (целлюзаны) состоят из коротких цепей совместно ориентированных гемицеллюлоз, подобно длинным цепям целлюлозы [219].

Гемицеллюлоза мякинного типа устойчива к действию ферментов и не играет важной биологической роли при солодоращении. Гемицеллюлоза эн-досперменного типа, входящая в состав клеточных стенок эндосперма, содержит 77 % Р-глюкана, 17 % ксилана и 6 % арабана [155]. р-Глюкан - это Р-

глюкозид неразветвленного линейного строения, в котором молекулы глюкозы соединены Р-1,3- и р-1,4-связями в соотношении 30 и 70 % [117, 175, 263]. В линейной цепи пентозанов ксилоза соединена р-1,4-связями, а боковые ответвления идут через Р-1,2- и р~1,3-связи в виде арабинозных звеньев. В молекуле арабоксилана ячменной муки L-арабофуранозные остатки присоединяются по месту 3 и 2 к ксилопиранозным звеньям основной цепи [219].

По исследованиям Prentice и Farben ячмень содержит 4...8% р-глюкана, локализованного, главным образом, в клеточных стенках эндосперма, где он находится в комплексных матрицах с белками [267]. По данным других авторов на долю некрахмальных полисахаридов приходится примерно 5 % содержимого зерна [192].

Исследователями Огурцовой В. Е., Лифшиц Д. Б., Максимовой Н. Ф. бы-

ли установлены связи между содержанием гемицеллюлоз в ячмене и в солоде и их изменение в процессе солодоращения [154]. Содержание гемицеллюлоз в оболочке ячменя и солода примерно одинаковое.. Эндосперм ячменя содержит 3,4...5,7 % гемицеллюлоз, а эндосперм солода 2,7...4,4 %. В процессе солодоращения гидролизуется 15,2...23,2 % гемицеллюлоз содержащихся-в эндосперме. Общее же количество гемицеллюлоз снижается 0,2...0,5 %, причем их количество, находящееся-в оболочке зерна, не изменяется.

Р-Глюкан не способен образовывать кристаллических форм подобно целлюлозе, он легко гидролизуется ферментами при проращивании ячменя. При гидролизе клеточные стенки эндосперма растворяются и крахмал эндосперма становится доступным зародышу для его развития.

Гумми-вещества имеют такое же строение, как гемицеллюлозы, но у них меньшая молекулярная масса и они растворимы в воде. Их количество в зерне составляет 1,5...3,0 %. Они пропитывают стенки клеток и являются запасными веществами. В > гумми-веществах эндосперма ячменя 85 % р-глюкана и 15

% арабиноксилана [117]. Исследования глюкана~ячменя* Присом с сотрудниками показали, что молекула этого полисахарида не содержит регулярно чередующихся звеньев D-глюкозы, соединенных 1—»4 и 1—»3 связями: В молекулы гумми-веществ входят гексозы (глюкоза и галактоза, иногда манноза), пентоза (ксилоза, арабиноза и рамноза), а также уроновые кислоты p-Z)-глюкан содержит /М,4-гликопиранозил и Р-1,3-гликопиранозил в соотношении 7:3 [267].

Растворы гумми-веществ образуют очень вязкие коллоидные растворы, что влияет на технологические характеристики сусла [73, 116]. Достаточно сильно различаются данные разных авторов относительно содержания в ячмене гумми-веществ: 0,4...6,7 % [186, 195, 266]. Большие расхождения.в содержании гемицеллюлоз и гумми-веществ объясняются использованием для, анализов ячменя разных сортов, выращенных в различные по засушливости годы на различных почвах. Немаловажную роль играет при этом и метод выделения полисахарида из зерна.

Основная структура геля Р-глюкана формируется непосредственно из Р-глюкана и воды. Гель образует соединения свободных гидроксильных групп глюкопиранозных колец на основе водородных мостиков. Сила связи зависит

от температуры, времени и механического воздействия. Тепловое разрушение геля начинается при 35 и заканчивается-при 55 С, при термостатировании 30 мин. Свойства геля определяются реологическими методами, так как гель 0-глюкана проявляет тиксотропные свойства и характеризуется границей текучести. Внутренняя структура ассоциатов р-глюкана усиливается под воздействием касательных напряжений. Возникающая при этом ориентация ассоциатов благоприятствует образованию связей через водородные мостики. Механическое разрушение этой структуры начинается при 20 С и градиенте скорости 90 сек"¹. При снижении нагрузки происходит повторное образование геля. Поэтому с технологической точки зрения надо применять комбинацию теплового и механического разрушения геля [127, 257]. 2.1.2.3 Пектиновые вещества

Пектиновые вещества - это полисахариды, состоящие из соединенных между собой остатков полиуроновых кислот. Их содержание зависит от сорта, условий произрастания зерна и в ячмене колеблется в пределах 1,2...3,0 % к сухому весу зерна {таблица 1). В засушливые годы содержание пектиновых веществ может повыситься до 3,5 % [46]. ^

Содержание пектиновых веществ у различных злаковых культур определяли Nanji и Norman [262]:

Таблица I - Содержание пектиновых веществ в зерновых культурах

Примечание. Водораствоимый пектин содержится только в ячмене 0,07 % и ячменном со-

лоде 0,09 %.

Они входят в состав стенок растительных клеток и находятся в виде нерастворимого протопектина, который является цементирующим материалом растительной клетки, и в форме растворимого пектина. М 50...200:000. Являясь поверхностно-активными, они принимают участие в образовании и закреплении образовавшихся пленок, повышая вязкость и способствуя устойчивости пены пива, а также осаждению тяжелых металлов. Продукты распада пектиновых веществ (глюкуроновая кислота) усваивается дрожжами в процессе их жизнедеятельности. Но в тоже время пектины участвуют в коллоидном

помутнении пива [29, 58].

Пектиновые вещества обладают свойствами гидрофильных коллоидов и могут связывать большие количества воды [58]. Фибриллярные пектины служат материалом для структурных деталей структурной решетки, состоящей из целлюлозы. Их роль - сохранять структурную целостность растительной клетки. К полигалактуронидной основной цепи ковалентными связями присоединены другие сахара, а в основную цепь могут входить рамноза, галактоза, ара-биноза, D-ксилоза и фукоза [1]. Остатки галактуроновой кислоты соединены между собой а-1,4 гликозидными связями. В> природных субстратах до 65 % карбоксильных остатков этерифицированны метанолом [243].

Растворимость пектина в воде возрастает с увеличением степени этери-фикации и с уменьшением молекулярной массы. В-водных растворах молекулы пектина имеют форму спирали, карбоксильные группы которой расположены друг под другом. Изменения их формы связаны с диссоциацией свободных и нейтрализованных карбоксильных групп. При электролитической диссоциации карбоксильные группы получают отрицательный заряд, вследствие чего между ними возникают силы отталкивания, которые выпрямляют спиральную молекулу и увеличивают ее линейные размеры и вязкость Характерной особенностью пектинов является то, что они дают очень вязкие растворы даже при концентрациях 0,5...1,0 %. В готовом солоде содержание пектина составляет лишь 25 % от содержания последнего в ячмене, а некоторыми исследователями вообще не было обнаружено пектина в солоде [58].

2.1.2.4 Белки

Белковые вещества ячменя влияют на вкус, цвет, пенистость и стойкость при хранении пива. Продукты гидролиза белков - пептиды и аминокислоты необходимы для питания дрожжей. Белки ячменя представлены:

лейкозином (альбумин), содержит до 2,2 % серу, нейтральный, ИЭТ при рН 5,75, М-35.000. Еговодные растворы коагулируют при 59 С [244].

эдестином (глобулин) представлен а-, Р- и у-фракциями. Этот белок более устойчив к нагреванию и начинает коагулировать при 90 С, ИЭТ при рН 5...6, участвует в образовании коллоидной мути пива;

глютелин ячменя не растворим в воде, разбавленных солевых растворах и спирте, является существующей частью клейковины. В ячмене содержится очень мало или не содержат совсем [230];

- гордеин (проламин) содержит 8 фракций. М 27 500. Основные аминокислоты - глутаминовая кислота и пролин. Гордеину ячменя сопутствуют антоциа-ногены. Этот комплекс участвует в помутнении готового пива [276].

Весь белок распределен в зерне ячменя следующим образом, %: в оболочке 4...5, в эндосперме 84...86, в зародыше 13-...15. Часть белка эндосперма прочно связана с клеточными стенками крахмальных зерен [29, 43].

2.1.2:5 Полифенольные вещества

Полифенолы присутствуют в зерне в виде веществ различного строения. В ячмене их количество составляет 0,1...0,3 %. Около 8 % полифенолов имеют молекулярную массу менее 500, 90 % - 0,5...10 тыс., остальные — более 10 тыс. Наиболее весомая часть полифенолов представлена антоцианогенами. В сусло из солода переходят 11... 18 % полифенолов и 5... 13 % антоцианогенов [213]. Полифенолы солода в значительной степени определяют вкус, цвет, пенные свойства пива и склонность готового продукта к коллоидному помутнению. Полифенольная фракция коллоидной мути включает в себя антоциа-ногены, производные лигнина, сложные эфиры простых фенолов. Содержание фенольных соединений зависит от сорта ячменя и климатических условий. Чем больше в ячмене белков, тем выше в нем содержание полифенолов. Избыток дубильных веществ ячмень дает в процессе солодоращения и кипячения сусла более интенсивное окрашивание, а также существенно влияет на вкус пива [150, 259]. 2.2 Биокатализ несоложеного сырья 2.2.1 Ферменты зерновых культура

Ферменты в ячмене и других зернопродуктах представлены различными группами, отличающимися по специфичности их воздействия на различные высокомолекулярные полимеры [27].

Фермент амилаза, оказывающий разжижающее, декстринирующее и осаха-ривающее воздействие на крахмал, состоит из следующих ферментов [132]:

1. а-амилаза (НФ 3.2.1.1 а-1,4-В-глюкан-глюканогидролаза). а-Амилаза присутствует, в проросшем зерне ячмени, пшеницы, а также в непроросшем зерне сорго и ржи. М а-амилазы 45...60 000, а оптимальные условия для ее действия в пивном заторе наблюдаются при рН 5,6...5,8 и температуре 70...75 С. Инактивация происходит при 80 С.

2. fi-амилаза (НФ 3.2.1.2 а-1,4-0-глюкан-мальтогидролаза) находится в

зерне пшеницы, ржи, ячменя, семенах сои. Соотношение свободной и связанной Р-амилазы зависит от типа и сорта зерна и содержания белка. М |3-Амилазы 54000. Оптимум действия фермента в заторе наблюдается при рН 5,4...5,6 и температуре 60...65 С. Инактивация происходит при 70 С. 0-Амилаза более устойчива к повышению кислотности среды, но менее-термолабильна, чем а-амилаза.

3) глюкоамшаза (амилоглюкозидаза, мальтаза) (НФ 3:2.1.3- a-l,4-D-
глюкан глюкогидролаза), ускоряющая гидролиз al—>6 и al—>4 глюкозидных
связей крахмала. Её оптимум действия при рН 6 и температуре 35...40 С.

4) пуллуназа (предельная декстриназа) (НФ* 3.2.1.41 пуллулан-6-
глюканогидролаза), осуществляющая ферментативный гидролиз с образова
нием глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и прямолинейных сахароподобных
полисахаридов. Оптимум действия пуллуназы в заторе при температуре
55...60-С и рН 5,1. Она ускоряет гидролиз al—»6 глюкозидных связей крах
мала. Основная причина неполного гидролиза декстринов в сбраживаемые са
хара кроется не в характеристике пуллуназы, а в ее низкой активности в соло
де. Уменьшение величины рН от 5,8 до 5,4 увеличивает её активность на
45...130 %, приводя к более высокой сбраживаемости сусла.

К другой группе относят ферменты цитолитического действия, гид-ролизующие биополимеры клеточной стенки зернового сырья. Они снижают вязкость сусла и повышают доступность крахмала к действию амилолитиче-ских ферментов [193].

К ферментам ячменя, катализирующим реакции расщепления (3-глюкана, относятся эндо-Р-глюканаза и экзо-Р-глюканаза. Эндо-р-глюканаза в результате воздействия на р-глюкан переводит его из нерастворимого состояния в водорастворимое, а экзо-Р-глюканаза гидролизует Р-глюкан, отщепляя целло-биозу и ламинарибиозу.

Солодовые эндо-Р-глюканазы оптимально действуют при рН 6,0 и температуре 43...45 С и расщепляют р-глюкана до глюкозы. Их оптимум действия наблюдается при температуре ниже 40 С и рН 4,5.

Гидролиз пентозанов происходит под действием ферментов [117, 190]: арабинозидазы, действующей на боковые цепочки арабиноксилана и олигоса-харидов с образованием арабинозы; эндоксгтаназы, в результате действия ко-

торой у пентозанов разрушаются ксилановые и арабинозные боковые цепочки и образуются ксиланодекстрины, ксилобиоза и ксилоза; экзоксипаназы, отщепляющие ксилобиозу от редуцирующнго конца молекулы арабоксилана и оли-госахаридов после удаления арабинозы; ксгтобиазы, разрушающей связи у ксилобиозы с образованием ксилана.

Ферментами, расщепляющими пектиновые вещества являются:

- пектинэстераза, которая расщепляет сложноэфирные связи пектина и
протопектина. Продуктами ее действия являются метиловый спирт и пектино
вые молекулы с меньшей степенью метоксилирования, или полигалактуроно-
вая кислота, лишенная метоксильных групп [116, 233]. Оптимальный рН дей
ствия растительной пектинэстеразы лежит в пределах 6,0...8,0, а грибной
4,6...5,5. Оптимальная температура для действия фермента 30...40 С [228];

- полигалактуроназа катализирует расщепление а-1,4-В-галактуронидннх связей в пектинах. Различают эндо-полигалактуроназу, расщепляющую внутренние связи молекулы, полигалактуронида до олигоуронидов. В результате действия эндофермента резко снижается вязкость субстрата. Экзо-полигалактуроназа гидролизует концевые связи а-1,4-остатков-0-галактуроновой кислоты до моногалактуроновой кислоты [194]. Температурный оптимум действия полигалктуроназы 30...50 С. Оптимум рН действия фермента зависит от источника его получения и колеблется в пределах 3,0...6,0 [58];

- пектат-транс-элиминаза, катализирующая расщепление а- 1,4 глюко-
зидной связи в пектиновой молекуле, путем реакции транс-элиминирования.
При этом происходит удаление активированного водорода от пятого углерод
ного атома, образование двойной связи между четвертым и пятым атомами
углеродов в кольце у нередуцирующего конца [194].

Целлюлоза гидролизуется [137, 236]: - эндо-1,4-/3-глюканазой (1,4-p-D-глюкан - 4-глюканогидролаза, НФ 3.2.1.4); - жзо-1,4-/3-глюканазой (экэо-целлобиогидролаза или 1,4-р-0-глюканцеллобиогидролаза, (НФ 3.2.1.91);

- экзо-1,4-{3-глюкозидазой 1,4-Р-0-глюкан-глюкогидролаза (НФ 3.2.1.74);

- целлобиазой (Р-глюкозидаза или P-D -глюкозидглюко гидролаза (НФ
3.2.1.21). По современным представлениям целлюлоза гидролизуется сле
дующим образом [96, 100, 193]:

р . ->~6>4 5---6^ 5<

где S - исходный субстрат, G_n - целлоолигосахарщд, G₂ - целлобиоза,-(7 - глюкоза.

В* ячменном зерне в малом количестве содержится фермент J3-фруктофуранозидаза (сахараза) (НФ 3.2.1.26), катализирующий расщепление сахарозы с образованием глюкозы- и фруктозы. Оптимум его действия при температуре около 50 С и рН 5,5. Температура инактивации 55 G [27,.90].

Ферменты протеолитического действия гидролизуют пептидные связи белковых полимеров зерна. Пептидгидролазы подразделяются:

- Эндопептидазы, (3.4.4 пептид-пептидгидролазы) гидролизуютщие высокомолекулярные белки до полипептидови пептидов. Ячменная и солодовая, эндопептидаза активнее действует на изменённые белки (денатурированные), чем нативные. Она активируется синильной кислотой, сероводородом и соединениями, содержащими сульфгидрильную группу (глютатионом, глюта-милцистеином) [29, 42, 90, 124, 132, 144].

- Экзопептидазы, характаризуются субстратной специфичностью (кар-бокси-, амино- и дипептидазы) (3.4.2 пептидил-аминокислотные гидролазы; 3.4.1 а-аминоацилпептид-гидролазы; 3.4.3 дипептид-гидролазы), катализируют отщепление концевых аминокислот пептидов.

Кислотность и буферная-система пивного сусла зависят от действия фермента фосфатазы, расщепляющие фосфорнокислые эфиры. Важнейшей солодовой фосфатазой является фитаза, расщепляющая фитин до образования неорганических фосфатов и инозита. Оптимальные условия действия фитазы рН 4,5...5,0 , температура 40...50С [27].

В зерне также содержатся липазы, катализирующие расщепление жиров. Оптимальными для проявления- максимальной активности липазы- является температура при затирании 35...40*Є [27].

При использовании для затирания плохорастворенного солода, цитоли-тического комплекса ферментов солода для полного разрушения клеточных стенок эндосперма зерна недостаточно. При замене части солода несоложеным ячменем в процессе затирания необходимо осуществлять все основные ферментативные превращения, происходящие при солодоращении. Это тре-

буется для полного осахаривания затора, его фильтрования и получения сусла соответствующего состава, который обеспечил бы нормальное брожение и высокое качество пива. Все эти говорит о необходимости использования при затирании ферментных препаратов (ФП). 2.2.2 Ферментные препараты, применяемые в производстве сусла

ФП относятся к пищевым добавкам и классифицируются, как добавки необходимые в технологическом процессе для его ускорения. Использование ФП в пищевых продуктах нормируется законом: изготовители ФП в нормативной и технической документации обязаны указывать продуцент и давать его характеристику, включая активности (основную и дополнительную). ФП микробиологического происхождения не должны содержать жизнеспособных форм продуцентов ферментов; бактериального происхождения не должны иметь антибиотической активности, а грибного - содержать микотоксинов. Контаминация ФП посторонней микрофлорой не должна превышать следующих пределов: количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов — не более 5-Ю⁴КОЕ/г; не допускаются БГКП в 0,1 г, а патогенные МО, в том числе сальмонеллы и Е. coli, - в 25 г продукта [153]. За счет развития методов генной инженерии ФП начали получать из генетически модифицированных микроорганизмов (ГМО), например сс-амилазу из Bacillus stearothermophilus, экспрессированную в Bacillus subtilis, или а-амилазу из Bacillus megaterium, экспрессированную в Bacillus subtilis. Такие ФП подвергаются наиболее жесткому контролю: вредные загрязнения не должны быть внесены в конечный продукт организмом - источником генетического материала. Также необходимо учитывать латентную способность организма «донора» или «хозяина» к токсинообразованию.

Ферменты в своем составе содержат белки, поэтому классифицируются как потенциальные аллергены. В случае вдыхания белок фермента может вызвать сенсибилизацию, что при повторных вдыханиях может вызвать аллергические симптомы. Основная мера предосторожности - исключить или сократить воздействие ферментной пыли или аэрозолей [31, 152].

Препараты цитолитического действия. ФП, содержащие цитолитиче-ские ферменты, применяют при переработке повышенного количества несоложеного сырья и недорастворенного солода, что способствует ускорению

осахаривания и фильтрования заторов, увеличивает выход экстракта и снижает риск коллоидного помутнения в пиве [193].

Целловиридин Г20х (ТУ 9291- 008-05800805-93) - комплексный препарат целлюлолитических ферментов и гемицеллюлаз из культуры Т. reesei. В состав комплекса входят: эндо-|3-1,4-глюканаза, целлобиогидролаза, целлобиаза, зндо-р-І^ІД-глюканаза, р-1,3-глюкан ксиланаза. Оптимальные условия действия препарата: рН 4,5...5,5, температура 50 С.

Целловиридин ГЗх - комплексный препарат целлюлолитических ферментов и гемицеллюлаз из культур Т. reesei или Т. viride. Оптимальные условия действия: рН 4,5...5,5, температура 45...50 С.

Целлоконингин Г10х, Целлолигнорин Г10х - препараты целлюлазы из культур грибов Т. koningii, Т lignorum. В ферментном комплексе присутствуют эндо- и экзо-|3-1,4-глюканазы, целлобиогидролаза, целлобиаза, ксиланаза. Оптимальные условия действия: рН 4,5...5,5, температура 50...60 С.

Целлобранин ГЗх - препарат целлюлазы из культуры Т. longibrachiatum. В комплекс ферментов входят: эндо-Р-1,4-глюканаза, целлобиогидролаза, целлобиаза, ксиланаза.

За единицу активности целлюлазы в этих препаратах принята способность фермента образовывать 1 мг восстанавливающих Сахаров (в пересчете на глюкозу) при действии на целлюлозу 50 мг хроматографической бумаги, при температуре 50 С, рН 4,7, в течение 1 ч.

Препараты гемицеллюлазного действия. Ксилаком (Ксилоглюкано-фоетидин П10х) - препарат цитолитических ферментов из твердофазной культуры гриба A. foetidus. Препарат обладает активностью ксиланазы, поли-галактуроназы, пектинэстеразы, эндо-|3-1,4-глюканазы, целлобиазы, кислой протеазы, хитиназы, Р-глюкозидазы. За единицу ксиланазной активности принимается такое количество фермента, при действии которого на субстрат (ячменный ксилан) за 1 ч в условиях опыта образуется^ 1 мг редуцирующих углеводов в пересчете на ксилозу. Оптимальные условия действия: рН 4,5...5, температура 45...50 С.

(З-Глюканаза ПОх — препарат Р-1,3-1,4-глюканазы из культуры В. subtilis Т-86. Сопутствующий фермент — а-амилаза. За единицу Р-глюканазной активности принято количество фермента, способное образовывать из Р-глюкана (лихенина) за 1 мин при 30 С такое количество олигосахаридов, ко-

торое по восстанавливающей способности соответствует 1 мкмоль глюкозы. Препарат проявляет максимальную активность при рН 6,5 и температуре 50 С, стабилен при рН 3,5...8.

Вильзгш АК Г20х (Ксгшаназа Г20х) — комплексный ферментный препарат из культуры Т. reesei, обладающий активностью ксиланазы,. (3-1,3-1,4-глюканазы, целлюлазы, эндополигалактуроназы, кислой протеазы. За; единицу ксиланазной активности принято количество фермента, катализирующее образование 1 микромоль ксилозы за 1 мин при рН 5 и температуре 50 С при использовании в качестве субстрата ксилана березы. (3-1,3-1,4-Глюканазная активность выражается так же, как у препарата р-Глюканаза ГЮх, а целлю-лазная активность - как у Целловиридина Г20х.

При замене солода несоложеным сырьём могут возникнуть трудности в фильтровании затора. Это происходит из-за агрегации макромолекул |3-глюкана и пентозанов с протеинами, создающих оболочку мелким гранулам^ крахмала, что приводит к образованию непроницаемого осадка,, который закупоривает фильтр и препятствует протеканию сусла. Фильтрование заторов можно ускорить, добавляя ФП, содержащие Р-глюканазу.

Препараты пектинрасщепляющего действия. Пектавалюрин ГЮх и П10х (ГОСТ. 18920-73) - препараты пектолитических ферментов и кислой протеазы из культуры гриба A. awamori. Ферментный комплекс включает: эндо- и экзополигалактуроназу, пектинэстеразу, ксиланазу, кислую протеазу, (3-глюканазу. За единицу пектинэстеразной активности принято количество фермента, катализирующее гидролиз 1 мкЭкв сложноэфирных связей в молекуле пектина за 1 мин при 30 С. За единицу полигалактуроназной активности принято количество фермента, которое в условиях определения, при 30 С, катализирует гидролиз 1 мкЭкв гликозидных связей в молекуле пектовой кислоты за. 1 мин. За единицу протеолитической активности принята способность фермента превращать за 1 мин при температуре 30 С казеинат натрия в неосаждаемые трихлоруксусной кислотой продукты, в,количестве,, соответствующем 1 мкМоль тирозина. В препарате Пектаваморине ГЮх активность кислой протеазы не регламентируется. Оптимальные условия действия препаратов: рН 2,5...5, температура 45...52 С.

Пектофоетидин ШОх (ТУ 64-13-04-87) имеет ферментативный комплекс, сходный с Пектаваморином. Продуцент — A. foetidns. Оптимальные условия

действия-для пектолитических ферментов рН 3,5...4,5; температура 35...45 С; для кислой протеазы - рН 2,5.. .4.

Амилолитические ферментные препараты. Аміиіосубтіїлин ГЗх и Г10х — препараты бактериальной а-амилазы из культуры В. subtilis. Сопутствующие ферменты: эндо-Р-1,3-1,4-глюканаза, нейтральная металлопротеиназа. Алпілосубтиліш ПОх (ГОСТ 23635-90) стандартизуется по амилолитической и протеолитической активности. За единицу амилолитической активности принята способность фермента катализировать в стандартных условиях расщепление до декстринов различной молекулярной массы 1 г крахмала, что составляет 30% крахмала, введенного в реакцию. Оптимальные условия действия: рН 5,...6,2, температура 55...70 С.

Амилолихетерм Г18х, полученный воВНИИПБТ методом селекции препарат термостабильной бактериальной а-амилазы представляет собой муль-тиферментный комплекс, содержащий термостабильную а-амилазу, протеазу, Р-глюканазу, ксиланазу, эстеразу и пулланазу. Препарат является, продуктом метаболизма штамма В. licheniformis, имеет оптимум действия* при рН 5,5...5,8 и температуре 90...95 С. Амилдхетерм Г18х рекомендуют применять на стадии разжижения при биоконверсии крахмала при затирании сусла в ЗОА, при переработке несоложеного сырья, а.также при производстве пива с высокой степенью сбраживания [131].

Амішоризин ШОх - препарат а-амилазы из культуры гриба A. oryzae. Обладает также активностью протеазы, Р-глюканазы, ксиланазы. Оптимальные условия действия препарата: рН 4,7, температура 45...55 С. За единицу оса-харивающей активности принята способность фермента катализировать за 1 мин при определенной температуре и рН расщепление 1 мкМ гликозидных связей в растворимом крахмале с образованием восстанавливающих Сахаров. Амгтопроторизин Г10х и ШО» из различных штаммов A. oryzae. «обладает повышенной, по сравнению с Амипоризином. Оптимум действия при рН 4,0...6;5 и температуре 50 С, стабилен при-температуре не выше 60-С. В протеолитический комплекс препарата входят сериновая протеиназа, карбоксильная протеиназа, металлопротеиназа, лейцинамино- и карбоксипептидаза. Также есть амилолитическая активность, ксиланазная и экзо-р-глюканазная.

Глюкавалюрин Г20х - препарат глюкоамилазы из культуры Asp. awamori. Выпускается в жидком виде и в виде порошка. Оптимальные условия- действия препарата: рН 4,5...5, температура 55.. .60 С.

Глюкоамгтаза очищенная (ТУ 59.01.003.65-83) - препарат глюкоамилазы из культуры гриба A. awamori. Сопутствующие ферменты: р-глюканаза, а-амилаза, протеаза, ксиланаза. За единицу глюкоамилазнои активности принята способность фермента катализировать гидролиз растворимого крахмала, высвобождая за 1 мин 1 мкмоль глюкозы в стандартных условиях (температура 30 С, рН оптимальный, продолжительность реакции 10 мин). В препарате ограничивается глюкозилтрансферазная активность: доля побочных продуктов реакции - олигосахаридов - не должна превышать 6 %, что гарантирует превращение крахмала, в глюкозу на 94 %. Оптимальные условия действия для фермента глюкоамилазы: рН 4, температура 65 С. Препарат стабилен при рН 3.. .5, температуре не выше 60 С.

Амшоцитаза Гх используется при переработке повышенных количеств несоложеной пшеницы. Амилоцитазы Гх обладает декстинирующей и осаха-ривающей активностями. При замене 20, 30 и 40 % солода несоложеной пшеницей доза этого ФП составит 0,05, 0,07 и 0,09 % к массе затираемых зерно-продуктов соответственно [101, 199].

Протеолитические ферментные препараты Бактериальные протеа-зы, содержащие одну или две протеиназы, как правило, нейтральную и щелочную, гидролизующие белки до пептидов. Но они недостаточно глубоко гидролизуют белки ячменя и не обеспечивают содержания аминокислот в сусле, оптимального для нормальной жизнедеятельности дрожжей.

Протосубтилин ГЗх и Г10х - препараты нейтральной бактериальной ме-таллопротеиназы из культуры В. subtilis. Сопутствующие ферменты: эндо-р-1,3-1,4-глюканаза, ксиланаза, а-амилаза. Оптимальные условия действия: рН 7,0...7,5, температура 50 С.

Грибные протеиназы, например Алптопротооризин, Проторизин содержат комплекс протеиназ и пептидаз, которые гидролизуют белки до коротких пептидов и свободных аминокислот (АК). Эти ферменты проводят более глубокий гидролиз белков ячменя с накоплением аминокислот. Поэтому грибные протеолитические ферменты, как и бактериальные, обязательно должны входить в состав комплексного ФП при использовании повышенного количества

несоложеного сырья. Наряду с препаратами из A. oryzae в качестве источника протеолитических ферментов весьма перспективными являются препараты из грибов Л. terricola [124].

Кислая протеаза Г10х - препарат кислой протеазы из культуры гриба А. foetidus. Стандартная протеолитическая активность - 30 ед./г. Оптимальные условия действия 50 С и рН 2,5.. .3. Зона стабильности рН 2,5.. .6.

Также для переработки несоложеного сырья в пивоварении предложен ферментный препарат Глюкоэндомикопсин Г 15х, выделенный из глубинной культуры дрожжей Endomicopsis fibuliger, штамм 20-9. Препарат содержит амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты, активные при температуре 45...55 С и рН 5,5...5,7. В»лабораторных условиях проведены опыты получение пива с заменой 30...50 % солода несоложеным ячменем и использованием Глюкоэндомикопсина П 15х в количестве 0,02...0,04 % к массе затора. Полученное пиво по основным показателям не отличалось от контрольного, полученного из 100% солода [11, 103].

Мультиэнзимные композиции и премиксы: Длительный опыт использования ФП в пивоварении свидетельствует о том, что ни один из применяемых в настоящее время препаратов нельзя рассматривать как препарат, полностью отвечающий требованиям пивоваренного производства, так как они не содержат в необходимом соотношении амилолитические, протеолитические и цитолитические ферменты. Изучение свойств амилолитических, протеолитических и цитолитических ферментов различных родов и видов микроорганизмов (В. subtilis, В. mesentericus, A. oryzae, A. flavus, A. terricola, Trichothecium roseum) показало, что все исследованные ферменты бактерий более термостабильны, чем ферменты грибов, и в отношении компонентов ячменя'обладают более выраженной эндоактивностью, а ферменты плесневых грибов - экзоак-тивностью.

Для переработки повышенных количеств несоложеного сырь* наиболее эффективным будет применение комплексных ФП, содержащих бактериальные и грибные амилазы, протеазы и гемицеллюлазы. Ценным свойством бактериальных амилаз является их более высокая по сравнению с грибными и солодовыми термостабильность, однако при этом они образуют недостаточное количество сбраживаемых Сахаров, что можно восполнить введением гриб-

ных амилаз. Грибные протеазы в отличие от бактериальных обеспечивают более глубокий гидролиз белков ячменя до аминокислот, необходимых для нормальной жизнедеятельности дрожжей в процессе брожения.

МЭКПП-1 (ТУ 59.01.003.43-81) получается путем смешения препаратов Амгшосубтилгта Г10х, Протосубтилша Г10х и Амплоріїзіта ГІОх в количествах, необходимых для получения стандартной активности, представляющие собой определенное (по активности) сочетание амилаз, протеаз и гемицеллю-лаз бактериального и грибного происхождения. В качестве источников бактериальных а-амилазы, протеазы и эндо-(3-глюканазы используют Амилосубтилин П10х и Протосубталин ПЮх, в качестве грибных - Алшлоризин ШОх. Разработаны два типа МЭК (таблица 2).

Таблица 2 - Состав и активность МЭК

Производственные испытания по переработке повышенных количеств несоложеного ячменя (40...50 %) подтвердили вывод о том, что использование МЭК повышает выход экстракта, улучшает качественный состав сусла и сокращает длительность брожения [13, 128].

Салмановой Л. С. с сотрудниками был разработан и исследована МЭК ПП, состоящий из Протосубтилина Г20х и Протомегатерина Г20х, с высокой цитолитической и протеолитической активностью. При переработке 30...50 % несоложеного ячменя с использованием этой композиции получается сусло и пиво требуемого качества. Протомегатерин Г20х по сравнению с Протосубтилином Г20х обладает более направленным протеолитическим действием, т. к. в нем отсутствуют амилазы и цитолитические ферменты. При рН сусла 5,5...5,6 сохраняется 30 % активности Протомегатерина Г20х против 43 % у Протосубтилина Г20х [173, 188, 189].

Амилопротосубтилин предназначается для использования в пивоварении при осахаривании заторов, содержащих 30...40 % несоложеного ячменя. Пре-

парат составляют из Амилосубтилина ГЗх-Ф и Протосубтилина ГЗх-Ф. Стандартизуется по трем видам активности. В стандартном препарате активность а-амилазы - 600 ед./г, нейтральной протеазы - 50 ед./г, Р-глюканазы -300...400 ед./г, Оптимальные условия действия: рН 5,5...6,5, температура 50...70 С.

В последнее десятилетие на рынке появились ФП зарубежного производства компаний Novozymes, Genecor, Kerry Bio-Science, Ende Industries, Erbsloeh Getraenketechnologir и др., в ассортименте которых присутствует весь перечень необходимых для пивоварения препаратов {таблица 3) [3, 40, 83, 92,

176,177,181,205].

Таблица 3 - Ферментные препараты, используемые при производстве сусла

2.2.3 Виды несоложеного сырья, применяемого в пивоварении

В борьбе за потребительский рынок пивоваренные заводы вынуждены расширять ассортимент своей продукции, в связи с чем становится актуальным поиск новых рецептов и новой сырьевой базы. Сырьевой основой в классической технологии приготовления пива служит солод. Заменяя часть солода на несоложеное сырье, решается двойная задача. С одной стороны, это сокращает производственные затраты, повышая рентабельность производства, с другой - добавка несоложеных зерновых культур обуславливает вкусовые нюансы напитка, придавая ему оригинальные органолептические характеристики и снижая себестоимость пива. Однако переработка заменителей солода связана с определёнными проблемами, обусловленными продолжительностью технологических процессов, потерями экстрактивных веществ из-за снижения в заторе содержания ферментов, увеличением количества высокомолекулярных биополимеров, снижающих выход и ухудшающих качество пива.

2.2.3.1'Ячмень и продукты его переработки

Из всех видов зерновых культур ячмень (Hordeum sativum) имеет наиболее благоприятные свойства для пивоварения. Химический состав пивоваренного ячменя приведен в таблице 4. Экструзия - перспективное направление в обработке ячменя. При такой обработке увеличивается экстрактивность на 4 %, при уменьшении влажности на 5 % и содержания белка на 1 %. При этом условия проведения экструзионной обработки - высокое содержание воды и кратковременный прогрев — предотвращают изменения витаминного и минерального состава исходного ячменя [145]. Разработано несколько вариантов экструзионной обработки при различных условиях (давлении, температуре, длительности процесса, влажности сырья, процесса охлаждения и пр.), что подтверждено публикациями в научно-технической литературе и авторскими свидетельствами [12, 14, 15, 44, 112, 169, 222, 253].

Шабурова Г. В. и др. изучали влияние экструзионной обработки на изменение белкового комплекса ячменя. Выявлено, что количество водорастворимых белков увеличивается, а солерастворимых изменяется незначительно. Єодрежание альбуминов и глобулинов в ячмене возрастает за счет снижения доли спирторастворимых проламинов, что свидетельствует о снижении водородных и гидрофобных связей после экструзии. Повышенное содержание рас-

творимого белка позволяет улучшить качество готового продукта. Денатурация белка, способствует увеличению количества' пептидов и свободных аминокислот (АК), что в свою очередь дает возможность ускорить процесс брожения и повысить KGC. Изменяя параметры экструзионной обработки, можно прогнозировать степень гидролиза белков и соответственно получение пивного сусла с заданным АК-ным составом [218, 225].

Процесс высокотемпературной микронизации зерна злаков заключается в действии на него инфракрасного излучения, генерируемого нагреваемыми горелками, вызывающего в эндосперме высокочастотную вибрацию молекул и инициирующего клейстеризацию крахмала.. В* результате этого зёрна увеличиваются в размере и приобретают вид «воздушных зерен» (при температуре зерна около 140 Є). Для сырья;. обработанного этим методом, не нужна стадия разжижения-в заторно-отварочном аппарате (ЗОА). При этом наблюдается увеличение выхода экстракта и улучшение органолептических характеристик готового пива.. Такое размягченное зерно может сразу же подвергаться плющению на вальцах (для получения хлопьев) и охлаждению, либо охлаждаться- и использоваться- в виде цельного зерна в смеси с солодом [198:, 226,227,258,270].

Крахмалёва Т. М: предложила способ получения ячменного гидролизата с униполярной электрохимической обработкой (УЭХО) ячменя. Процесс затирания; происходил при следующих стадиях: 1 стадия - УЭХО до рН 1,5, для повышения реакционной способности, за счет приобретения сырьем повышенного окислительно-восстановительного потенциала (ОВП); ОВП +1000 мВ, в течение 30 мин при 20 С; 2 стадия - ферментативный гидролиз Алпто-субтшином Г10х и Ксилоглюкофоетидином П10х при рН 5,4-5,6 и дозировке 0,075 % (1:2) в течение 15 мин при 50 С; 3 стадия - УЭХО до рН 10,0 в тече ниє 30 мин при 50 С;4 стадия - ферментативный гидролиз щелочной протеа-зой при рН 10,0 при 50 С течение 180 мин; 5 стадия— ферментатиыный гидролиз АмилоризиномП10х при рН: 4,7-4^9; дозировка- 0,1 %, в течение 60 мин при 63...65^;оС Рекомендовано-добавлять полученный ячменный гидролизат в количестве 80 % в затор в конце затирания перед повышением температуры до 70...72 Є [115].

Известен способ воздействия на зерно высокоим гидростатическим давлением (ВГД) (100... 1000 МПа) [261]. ВЕД в присутствии избытка воды обеспечивает однородность переработки в каждой точке зерна, поскольку действие давления

Таблица 4 - Химический состав зернового сырья (в % на сухое вещество)

Примечание - в строках и графах без числовых данных определение показателей не найдено

мгновенно и гомогенно распространяется внутри емкости, находящейся под давлением. Устойчивость крахмала к давлению в значительной степени зависит от размера его гранул. [235].

В работах [238, 245] сообщается о применении ВГД в процессе пивоварения. ВГД, приложенное измельченному ячменному солоду, приводит к клейстеризации крахмала [241], которая начинается при 400 МПа и более явно проявляется при 600 МПа (в течение 20 мин при температуре окружающей среды). После обработки давлением зерна крахмала остаются невредимыми, и выделения из них амилозы в окружающий раствор не происходит. При затирании в условиях ВГД в течение 20 мин осахаривание дает такую же концентрацию растворимых Сахаров, что и при использовании режимов традиционного затирания. Применение ВГД для обработки ячменного и пшеничного заторов повышает видимую активность а- и Р-амилаз. Максимальный эффект наблюдается при* давлении 500...600 МПа. Более высокое давление приводит к инактивации а- и Р-амилаз. Снижение ферментной активности происходит из-за частичного или полного развертывания структуры ферментов и зависит как от величины давления, так и продолжительности его воздействия [241,273].

Существуют способы модификации ячменя, когда снятую ячменную оболочку последовательно подвергают обработке NaOH и водой. Затем добавляют к заторной массе на разных стадиях затирания. Приготовленное по этому методау пиво имеет более мягкий вкус и повышенную стойкость [6].

Таблица 5 — Результаты обработки солода СОг-мищеллой хмеля

Существует способ когда под давлением на солод наносят жидкую ССЬ-мисцеллу хмеля, а затем проводят резкий сброс давления по режимам приведённым в табице 5. При этом происходит «вскипание» диоксида углерода, что приводит к разрушению структуры эндосперма зернового ячменя и соло-

да. Объём вспученного таким образом солода в среднем увеличился на 8... 11 %, а выход экстракта — на 0,4... 1,3 % от объема использованного сырья [216].

С целью ускорения процесса осахаривания и увеличения выхода сусла существует способ воздействия на смесь измельченного ячменя и воды ультразвуковыми колебаниями частотой 10...20 кГц в течение 1...5 мин при 40...60 С. Это позволяет уменьшить время осахаривания на 30...35 % мин без использования ФП, и увеличить выход СВ до 1,5 %..

2.2.3.2 Использование риса

Культурный рис (Oryza sativa) в зависимости от строения и размера колоска делится на два подвида: короткозёрный с зерновкой длиной 4 мм и обыкновенный - длиной более 4 мм. Химический состав зёрен очищенного риса представлен в таблице 4. Крахмалистые зерна риса мелкие и трудно гидролизуются амилазами. В пивоварении в оснавном используется рисовая сечка, получаемая при шелушении и полировке пищевого риса.

Нешелушеный рис существенно дешевле шлифованного, богат витаминами и минералами, которые теряются при шлифовании и полировке. Но при этом его питательная ценность в 1,5 раза меньше. Оболочки риса образуют хороший фильтрующий слой. При использовании до 20 % нешелушеного риса экстрактивность и цвет сусла уменьшаются незначительно [32].

Для- активации ферментного комплекса зерна риса перед затиранием его обрабатывают ИК-излучением, что способствует интенсификации процесса затирания и увеличению экстрактивности зернового сырья [217].

Температура клейстеризации крахмала риса составляет 65...75 С, поэтому во время процесса затирания осуществляют выдержку при этой температуре перед развариванием сырья в заторно-отварочном аппарате [125, 147].

2.2.3.3 Использование кукурузы

В зерне кукурузы (Zea mays) содержится меньше клетчатки, больше крахмала и жира по сравнению с ячменем. Для производства пива используют легко развариваемую крахмалистую и зубовидную кукурузу. Кукурузное зерно (зерновка) состоит из зародыша и эндосперма. Величина зародыша составляет 8... 19 % от массы зерна. Содержание эндосперма 80...90 %, а оболочки -5...6 %. Кукурузу используют в виде муки, крупы, хлопьев, кукурузных сиропов и экстрактов.

Состав зерна кукурузы представлен в таблице 4. Небольшое содержание водорастворимых азотистых веществ и неполноценность по аминокислотному составу большей части белков требуют добавления азотистого питания для размножении засевных дрожжей, но в тоже время, отсутствие в данном продукте Р-глобулина, участвующего в образовании помутнений в пиве, способствует более широкому применению кукурузы. Кукурузный белок на 50 % процентов состоит из зеина. В кукурузной муке меньше чем в ячмене водорастворимого Р-глюкана и пентозанов, отрицательно влияющих на качество пива. Кукуруза не содержит антоцианогенов. Зольные вещества кукурузы представлены оксидами Р2О5, Na₂0, SO3, которые локализованы в зародыше.

Жир в основном локализуется в зародыше, где его содержание составляет 23...45 % массы зародыша, что составляет 69...82 % всего жира кукурузы. Жир, обладая низкой растворимостью, остаётся в дробине и мало влияет на пенообразование пива [29, 90]. В кукурузе присутствуют токоферолы в у-форме, обуславливающие антиокислительные свойства. Содержание свобод-ных жирных кислот составляет 18...25 мг/дм - в основном пальметиновая жирная кислота.

Немецкие исследователи показали возможность использования в пивоварении нативной необезжиренной кукурузы [151]. Было установлено, что большая часть липидов переходит в дробину, поэтому не влияет на пенообразование и пеностойкость пива. При использовании 30...40 % кукурузы отрицательного влияние жира на разрушение пены не наблюдается.

Иногда в пиво добавляют одну ненасыщенную кислоту С12...С14 или их ненасыщенные соли концентрацией 0,5...10 мг/дм для предотвращения вспенивания [204].

Содержание свободных жирных кислот увеличивается в зависимости от длительности хранения и относительной влажности воздуха. Может появиться прогорклый запах, поэтому хранить кукурузу необходимо при^ низкой температуре и влажности 12...13%. Жирнокислотный состав липидов.солода и кукурузной крупки представлен в таблице 6.

Увеличение содержания жира в кукурузной крупе более чем в два раза (1,83 против 0,9 на а.с.в.) не оказывают существенного влияния на биохимические показатели. Содержание крахмала и жиров в крупе находится в обратной зависимости. При увеличении содержания жиров в пивоваренной крупе

уровень общего аминного азота в сусле увеличится на 2,,.5 %, в то время как количество редуцирующих веществ, в пересчете на мальтозу и степень сбраживания уменьшается. При охмелении сусла количество жиров в нем возрастает за счет их экстрагирования в 2,3...3,0 раза. Различие в качестве крахмала (содержание липидов 0,9...1,83 %) не оказывает значительного влияния на качество охмеленного сусла и пива [204]. Таблица 6 - Жирнокислотный состав липидов сырья

Тананайко Т. М. изучала возможность получения сусла и пива с повышенным содержанием необезжиренной кукурузы. Было определено, что при замене 30 % солода несоложеной кукурузой доза Амшоцитазы Гх составляет 0,04 % к массе зернопродуктов, при замене 40 % солода - 0,08%, при замене 50 % солода - 0,12 %. Из полученных данных следует, что все образцы не уступают по качеству контрольному и соответствуют ГОСТ 51174-97 [200].

При затирании можно использовать кукурузу в виде солода. Разработкой технологии кукурузного солода занималась Лаврищева Т. Н'. [64].

Калунянцем К. А. и др. было исследовано влияние термической обработки кукурузы различными способами (при различном давлении, времени и температуре). Выявлено, что оптимальным является обработка кукурузы при атмосферном давлении в течение 90 мин [89]. 2.2.3.4 Использование пшеницы

Пшеница (Triticum) - однолетнее растение семейства злаковых. Пшеница

не имеет мякинной оболочки. Используют пшеницу для приготовления солода и в качестве несоложеного материала. Средний химический состав зерна пшеницы представлен в таблице. 4. При затирании пшеничной муки образуется клейковина, плохо гидролизуемая ферментами, что затрудняет фильтрование затора. Температура клейстеризации крахмала 64 С, поэтому затирание можно проводить настойным способом. Пшеничный солод содержит большую концентрацию высоко- и среднемолекулярных белков, что приводит к замедлению фильтрования затора и снижению коллоидной стойкости конечного продукта. Пшеница содержит мало антоцианогенов, поэтому при повышенном содержании белка стабильность пива высокая [97, 142, 210].

Помозовой В. А. и др. было изучено применение пшеничные зародышевых хлопьев (ПЗХ) в пивоварении, являющихся побочным продуктом мукомольного производства. При их добавлении в количестве 5 % от массы затираемых зернопродуктов получается сусло и пиво с требуемыми физико-химическими и органолептическими характеристиками [179]. 2.2.3.5 Нетрадиционное сырье для пивоварения

Сорго (Sorghum) - однолетняя зерновая культура, наиболее приспособленная к засушливому климату. Химический состав сорго пивоваренных кондиций представлен в таблице 4. Биткуайки К. установил возможность использования при затирании до 25 % сорго взамен ячменного солода без применения биокатализаторов. При использования сорго до 50 % надо использовать МЭК из Целлобранина ГЗх, АПсубтилина и Ксилоглюканофоетидина ШОх в соотношении 0,7:2:1. [23].

Используют гидролизат крахмала сорго, полученный в результате предварительного осахаривания крахмала, в количестве 20...25 % от массы сухих веществ. Его вносят во время выдержки затора при 70С. Ферментативный гидролиз крахмала сорго проводится в течение 37 ч с применением Амило-субтилина Г10х для разжижения при рН 5,5 и температуре 67 С и Глюкава-морина Г18х для осахаривания при рН 4,4 и температуре 58 С [70, 74]. Изучалось также применение в качестве несоложеного сырья экструдированного сорго [231, 232].

Овес (Avenae) относится к пленчатым культурам и отличается от других злаков высоким содержанием АК, витаминов, микро- и макроэлементов. Для пивоварения представляет интерес группа голозерного овса (Nudae) [99]. Хи-

мический состав овса приведен в таблице. 4. Были проведены исследования по получению сусла с содержанием овса до 17 %. При этом обнаружено, что оно соответствует требованием ГОСТ Р 51074-97, а по вкусу отличается приятным вкусовым тоном [98, ПО]. Для производства полисолодовых экстрактов (ПСЭ) овес солодят по специально разрабртанной технологии [63, 64].

Тритикале-(Triticale) — зерновая культура, являющаяся гибридом пшеницы (Triticum) и ржи (Secale). Благодаря наличию активной а-амилазы (легко атакуемого и клейстеризуемого крахмала) она выгодно отличается по урожайности и питательной ценности [24]. В пивоварении тритикале используется в виде солода и несоложеного сырья. Состав тритикале представлен в таблице 4.

Светлый солод из тритикале, полученный по технологическим режимам светлого ячменный пивоваренный солода, превосходит его по экстрактивно-сти и ферментативной активности [206]. При использовании тритикале доля тритикалевого сырья в виде солода и несоложенки не должна превышать 50 % всей массы зернопродуктов, а при использовании тритикале более 15 % от массы всех зернопродуктов необходимо использовать ФП. [108, 109, 207].

Амарант (щирица) (Amaranthus) — сельскохозяйственная культура, обладающая высокой урожайностью (400...800 ц/га) и широко районированная в Российской Федерации. Зерно амаранта может содержать до 30 % белка. Гусева Г. В: провела исследование по замене солода зерном амаранта до 15 % без использования биокатализаторов и до 40 % с применением ФП [51].

Просо (Panicum) засухоустойчивое растение. Характеризуется высокой плёнчатостью и содержит много некрахмальных полисахаридов. Для пивоваренных целей у него удаляют оболочку, слой клейковины и зародыш. Уровень белка в просе выше, чем в ячмене, но это не сказывается на качестве пива, так как содержание альбуминов и глобулинов в нем не превышает 20 % от общего белка, в то время как проламины, переходящие в дробину, составляют в среднем 60 % от общнго белка [143]

Маниок {кассава, юкка, мохого) - {Manihot) многолетний дерявинистый кустарник со стеблями высотой 4...5 м. и клубневидно вздутыми корнями. Из них получают муку, а также пищевой продукт в виде крупы - тапиоку. Химический состав маниока представлен в таблице 4. Маниок отличается ярко выраженной щелочностью, поэтому при его затирании для корректировки добавляют серную кислоту [55]. При производстве тапиоки крахмал маниока

очищают и прогревают при температуре 150 С. При этом он частично клей-стеризуется и склеивается в крупинки. При производстве сусла тапиоку добавляется в густую часть затора в количестве 26...40 % с использованием ФП

[7].

Батат (Ipomoea batatas) травянистые ползучие и вьющиеся лианы. Для производства сусла используют корнеклубни культурного вида J.Batatas L [55].

Таро (эддо, колоказия) (Colocasia esculenta) - многолетнее травянистое растение. Вырастает до 1 м в высоту, простираясь вширь на 60...70 см [55].

Гречиха і (Fagopyrum) - псевдозлак, относящийся к двудольным. Возделы-вается в Европе и Азии. Характеризуется коротким вегетационным периодом, любит влажные условия умеренного климата. Химический состав-гречихи представлен в таблгще 4.

В работе [275] рекомендуется при солодоращении гречихи использовать нелущеную гречиху, так как это способствует медленному поглощению влаги зерном и улучшению ферментативной активности солода. Лузга также служит вспомогательным фильтрующим материалом в ФА. Из гречишного солода производят безглютеновое пиво высокого качества. Но при этом содержание ферментов в гречишном солоде значительно ниже, чем в ячменном. В гречихе присутствуют полисахариды, обусловливающие высокую вязкость затора. Поэтому при затирании необходимо использовать ФП.

Рожь. (Scale). Химический состав ржи представлен в таблице 4. В процессе обработки зерно ржи освобождается от шелухи. Добавка ржи вызывает трудности при фильтровании и осветлении пива. Рожь используют для получения глюкозо-мальтозных сиропов (ГМС) [129].

Топинамбур (Heliantus tuberosus) содержит легко гидролизуемый инулин. Но дрожжи S. cerevisiae не содержат инулиназы (НФ 3.2.1.7), который расщепляет инулин до фруктозы. Поэтому при затирании надо вносить этот фермент в виде ФП [118]. Топинамбур вносят с солодом при затирании при соотношение солода и топинамбура от 100/1 до 6/1 [80].

Соя-(Glycine). Средний химический состав сои представлен в таблице 4. Соя в пивоварении применяется в небольших количествах, с целью усиления пенообразующих свойств пива и некоторого усиления брожения; до 0,5 % от засыпи зернопродуктов. По содержанию ферментов соя богаче ячменя и пшеницы [30]. Сою рекомендуется применять в виде обезжиренных и освобож-

денных от крахмала флексов, богатых ферментами, витаминами группы В и веществами, стимулирующими рост дрожжей и брожение. Соевые флексы задают в готовое горячее сусло. При этом значительно ускоряется брожение и улучшается стойкость пены [53].

Горох- (Pisam) также нашел применение в пивоварении. Его солодят, либо перерабатывают в несоложеном виде, например при производстве полисолодовых экстрактов (ПСЭ) в смеси с пшеничным и овсяными солодами, обладающими высокой амилолитической и протеолитической активностями [64, 211].

Картофельная мука.имеет химический состав представленный в таблице 4. Содержание картофельной муки в заторе не должно превышать 5 % [146]. По данным чешских исследователей можно использовать до 30 % картофельной муки в виде высокоосахаренного сиропа [255].

Существуеют литературные данные об использовании банановой* и каштановой муки для производства пива [185].

2.2.3.6 Солодовые экстракты, сиропы из крахмала и сахаросодержащее сырье

В настоящее время в пивоварении нашло широкое применение сиропов; из солода и ячменя и крахмальных гидролизатов различных растений. Гидролиз крахмала при производстве сиропов проводят в две стадии. 1-й кислотный и 2-й ферментативный. Корректируя их возможно получать сиропы различных кондиций. Для пивоварения подготавливают сироп, имеющий спектр Сахаров самый близкий составу солодового сусла. 2.2.3.6.1 Глюкозо-фруктозные (ГФС) и мальтозные сиропы (МЄ)

ГФС широко используются в пивоварении, как эффективный заменитель сахара. ГФС обладает следующими преимуществами: не приобретает цвет и запах, даже после длительного хранения; обладает нейтральным вкусом и более низкой вязкостью, что способствует уменьшению цветности пива; высокое осмотическое, давление, обусловленное высокой концентрацией моноса-харов, улучшает устойчивость сиропов к бактериальной инфекции, что позволяет длительно их хранить; высокая растворимость препятствует кристаллизации; позволяет увеличить мощность варочного цеха до 30 %; возможность увеличения экстрактивное до 14... 18 % для высокоплотного пива; сиропы с различными степенями конверсии крахмала дает возможность контролировать и изменять степень сбраживания сусла и таким образом влиять на орга-

нолептические свойства пива; с применением сиропов улучшается коллоидная стойкость пива из-за снижения («разбавления») белков и полифенолов в сусле. Состав сиропов из крахмала представлен в таблице 7 [64, 66, 221]. Таблица 7 - Углеводный состав сиропов и сусла, %

При производстве сиропов необходимо использования МЭК. Наиболее эффективно работают МЭК-и из различных комбинаций. Одним из условий является наличие в композиции целлолитической, амилолитической и протео-литической активностей [22, 130]. Источником углеводов при производстве сиропов служит крахмал, характеристики которого приведены в таблице 8. Таблица 8 —Характеристика крахмала зерновых

При производстве ГМС из ржи осуществляют биоконверсию муки ржи с применением зеленого ячменного солода и/или композиции ферментного препарата амилолитического и целлюлолитичсеского действий [129].

Ермолаевой Г. А. был разработан способ использования крахмала кормовых сортов сорго для приготовления ГМС с использованием ФП [70].

В НПОНМВ разработана технология использования сиропов,.как заменителей сахара-сырца, при приготовлении сусла при раздельном сбраживании 11 %-го водного раствора сиропа, с последующим купажированием с готовым пивом, приготовленным из зернового сырья. По физико-химическим и орга-нолептическим показателям пиво с добавлением ГФЄ до 10 % не отличалось от контрольного (без ГФС) [191]. 2.23;б;2:П6лисолодовые экстракты;(ПСЭ)ш концентраты*сусла>;

ПСЭ вырабатываются из солода различных зерновых (ячмень, пшеница, кукуруза, овес, гречиха, просо, рис), а также бобовых культур (горох и соя), которые обогащают продукт белковыми веществами и повышают его пищевую и биологическую ценность. При производстве ячменно-солодового экстракта (ЯЄЗ) добавляют до 30 % дробленого несоложеного ячменя, что приводит к снижению кислотности готового продукта и его стоимости [62].

В пивоварении используют жидкие солодовые экстракты (СЭ) с массовой долей СВ70...80 % или в виде порошка. Они вырабатываются на пивоваренных заводах или предприятиях специализирующихся на их производстве, на которых производится солодовое сусло и концентрируется путем вакуум-выпаривания. Из светлых солодов получают светлые экстракты, а при добавлении темныйого солода — темные, использование которых изменяет цвет и аромат пива. В Великобритании, США и др. странах вырабатывается солодовый экстракт с высокой ферментативной активностю. В таких диастатических экстрактах основным компонентом является амилоза крахмала.

В КТИППе изучали режимы приготовления и состав полисолодовых экстрактов (ПСЭ), а также вопрсы увеличения их биологической стойкости [61, 113]. Смесь дробленых солодов (пшеничного, овсяного и кукурузного) в соотношении 1:1:1 смешивали с водой (гидромодуль 1:5) и затирали по схеме 45 С-45 мин; 52С — 45 мин; 63 С - 60 мин; 72 С-до полного осахаривания; 76 С — перекачивали на фильтрование, пастеризацию. После упаривания сусла, в выпарных аппаратах при 60;..75 С и вакууме 0,06...0,08 МПа до массовой доли СВ 73,0±3,0 % его фасуют.

Был изучен состав ЯСЭ и ПСЭ. При одинаковом содержании СВ в обоих экстрактах, ПСЭ превосходит ЯСЭ по содержанию белковых веществ на 15 %. Содержание гумми веществ выше в ЯСЭ, этим объясняется и его большая относительная вязкость. Белки ПСЭ представлены высоко- и среднемолекуляр-

ными фракциями (60 %). В ЯСЭ содержание высокомолекуклярных белков ниже на 8 %, а общее содержание низкомолекулярной фракции на 8 % выше, чем в ПСЭ [57, 123].

ПСЭ используют как добавку при высокоплотном пивоварении. Его задают в СВА в конце варки для предотвращения образования цветности до содержания СВ 15...16 % [36, 252].

В пивоварении также используют охмеленный экстракт - сгущенное охмеленное сусло, который позволяет производить пиво без классического варочного цеха [9, 82].

Способ получения крепкого пива (до 23 % СВ) предусматривает использование светлого и темного охмеленного солодового концентрата в количестве 20.. .50 % от общей массы экстрактосодержащего сырья [20].

В научной литературе имеются сообщения о способе производства гранулированного сусла. Его сгущают до содержания СВ 50...70 %, вспенивают, добиваясь увеличения-объема в 1,5...3,5 раза и обезвоживают в потоке горячего воздуха или переменным электрическим током 6...7 В до влажности 5...7 % с последующим охлаждением [160, 172, 251]. 2.2.3.6.3 Сахаристые вещества

В пивоварении из сахаристых веществ используют сахарозу, глюкозу, фруктозу, инвертный сахар, сахарный колер, сахар-сырец [42, 65, 151]. Не исключается использование сахарной свеклы и сахарного тростника, лактозы. При использовании этого сырья следует уделять внимание: растворению и концентрации растворов, времени и месту дозирования, чистоте продукта.

Польские исследовали утверждают, что добавка до 30 % сахарозы и/или инвертного сахара не влияет на качество сусла и полученное из него пива [254]. Также разработан способ применения сахара-сырца вместо белого сахара в пивоварении с сохранением стандартных органолептических свойств получаемого пива [166].

Мёд различных растений также применяют в пивоварении. При приготовлении специальных сортов пива в конце кипячения задается в СВА 4...9 % натурального мёда к массе зернопродуктов [79, 95].

Некоторое сырье благодаря своему составу имеют хорошие перспективы стать ценными сырьевыми добавками. К ним можно отнести богатые углеводами культуры: картофель; маш (Vigna radiatd) - однолетнее травянистое рас-

тение рода фасоль семейства бобовых; пайзу (Echinochloa friimentacea) - однолетнее растение семейства злаковых; бананы, «псевдозлаковую» культуру -лебеду (квиноя) (Atriplex), однолетнее растение семейства маревых.

В ближайшее десятилетие значительных изменений в сырье для производства пива не ожидается. Будут использоваться традиционные заменители солода: рис, кукуруза, ячмень. Большее распространение получит сорго, пшеница. Вырастет рынок функциональных напитков, в т. ч. безглютеновых (пиво с содержанием псевдозлаков, в т. ч. гречихи). Применение других злаков будет иметь место, но в небольших масштабах [34]. 2.3 Современные способылриготовления пивного сусла^!

В последнее время во многих странах мира, в т. ч. в России, получила развитие интенсивная технология сусла, обеспечивающая 8... 12 варок в сутки на одном варочном порядке, против 2...3 на старом оборудовании, а также сбраживания пива ЦКБА большой вместимости.

Каждый этап приготовления сусла, предназначенного для сбраживания в аппаратах большой вместимости, имеет свои особенности, и поэтому автор рассматривает каждый в отдельности, уделяя при этом повышенное внимание физико-химическим, механическим и технологическим аспектам, которые ранее не были известны или которым не придавалось большого значения. 2.3.1* Дробление зернопродуктов

Цель дробления - разрушение оболочки и освобождение эндосперма для лучшего контакта с водой, в результате чего ускоряются биохимические и физические процессы, протекающие при затирании, в результате которых экстрактивные вещества солода переходят в раствор. Для получения хорошего помола необходимо обеспечить определенный фракционный состав дробленого солода. Существуют несколько способов дробления: сухое, кондиционированное, влажное и их разновидности, и для каждого из способов предъявляются свои требования.

Для сухого дробления решающее значение имеет состав помола. При использовании фильтрационного аппарата солод нужно измельчить так, чтобы его оболочка по возможности максимально сохранилась целой для образования рыхлого, легко проницаемого, пористого слоя. Условие цельности оболочки объясняется также необходимостью предотвращения попадания в сусло дубильных и зольных веществ, в частности оксидов кремния, которые ухуд-

шают вкус и уменьшают стойкость пива. Рекомендуемый фракционный состав для фильтрационного аппарата приведен в таблице 9. [209].

При использовании заторных фильтр-прессов для дробления солода используют вальцовые дробилки, но с уменьшенным зазором между валками, а также молотковые дробилки и вальцовые станки, в которых оболочка солода подвергается большему измельчению. Для заторного фильтр-пресса рекомендуемый с фракционный состав приведен в таблице 9.

Таблица 9 — Рекомендуемый фракционный состав дробленого зерна

Существует способ отделения оболочки от остальных частиц помола и отдельная её обработка. Хорошее отделение оболочки можно достигнуть на шестивльцовой дробилке. Бункер для помола разделяют на две части: в большей части собирается крупка и мука, в меньшей - оболочка, которая не кипятится, а задается в затор в конце затирания. Этот способ позволяет ускорить фильтрование сусла и получить пиво с лучшими органолептическими показателями и большей стойкостью [42].

Метод сухого кондиционированного дробления используют для сохранения целостности оболочки зерна и получения в ФА более пористого фильтрующего слоя. Перед дроблением солод подается на шнек, в корпус которого встроены форсунки, которые распыляют воду температурой 35...50С или через слой зерна пропускается пар. Увеличение влажность солода на 0,5...0,7 % соответствует росту влажности его оболочки на 1,0...1,5 %, что способствует сохранению оболочки при дроблении. Объем оболочек увеличивается на 10...20 %, что позволяет при равном диаметре фильтрационного аппарата по-высить его удельную нагрузку на 10... 15 кг/м" [201]. Существуют разновидности этого метода. Так, для ускорения проникновения воды, подающейся на увлажнения и улучшения качества солода, кондиционирование осуществляют в две стадии: 1 стадия - смесь солода с водой обрабатывают ультразвуком для

удаления воздуха из-под оболочки зерна; 2 стадия - осуществляют окончательное увлажнение солода до 30 % при 10-минутном непрерывном перемешивании в закрытом шнеке [171].

При влажном дроблении используют мельницу для мокрого помола солода. В бункер солода подается теплая вода, которая качается циркуляционным насосом в течение 20...30 мин, в результате чего влажность зерна увеличивается до 28...32 %. Расход воды 75 дм³ на 100 кг солода. И затем осуществляется непосредственно дробление с помощью рабочих вальцов. Под вальцы подается вода, которая смешивается с дробленым солодом. Смесь солода с водой перекачивается в заторно-отварочный аппарат (ЗОА) для затирания [71, 90].

Hug Н. и др. сравнивали сухой и мокрый способ дробления. Доказано, что использование влажного помола позволяет снизить для солода с низкой величиной цитолитической активности длительность фильтрования, повысить выход экстракта до 95,5 %, повысить конечную степень сбраживания до 80,1...80,4, содержание аминного азота, антицианогенов, уменьшить количество осадка взвесей холодного сусла [249].

В последнее время преимущественное применение находит оборудование для дробления солода, сочетающее в себе конструктивные признаки дробилок для влажного дробления с технологическими признаками кондиционированного дробления. Такой вид дробления называют залючно-кондиционированным. В таких дробилках камера кондиционирования оснащена системой для подачи и равномерного распределения воды или пара. В корпусе дробилки установлены валкой, под которыми расположена смесительная камера, где солод смешивается с водой (паром) до образования однородной бескомковой заторной массы. Центробежным насосом заторная масса перекачивается в ЗОА. Эти дробилки - многофункциональное оборудование, поскольку в них не только увлажнение и дробление солода, но и первая стадия затирания, так называемое «предзатирание», - смешивание в заданной пропорции дробленого солода с водой, гомогенизация и транспортирование его в ЗОА. Основные технологические режимы дробления можно варьировать в следующих диапазонах: температура воды 20...80 С, продолжительность кондиционирования 1...2 мин. При этом влажность в центре зерновки увеличивается только на 0,3...0,5 % при повышении влажности оболочки при использовании воды на 2,0...2,5 % или 1,2...1,5 % при обработке паром [71].

При таком дроблении в 2...3 раза сокращается его продолжительность; возможна реализация концепции «бескислородной варки» за счет герметической конструкции системы и подачи затора в заторный аппарат снизу; обеспечивается большая целостность оболочки зерна; обеспечивается эффективное перемешивание дробленого солода с водой в смесительной камере дробилки, что предотвращает образование комков и способствует равномерному затиранию.

Диспергационное дробление проводят на мельничном станке с двумя парами рифленых вальцов, вращающихся встречно с разными окружными скоростями, где происходит механическое вскрытие клеточных стенок эндосперма, трудно расщепляемых ферментативным путем, для высвобождения частиц крахмала из состава клетки. Эта технология работает в области механической высокой частоты с окружными скоростями до 21 м/с. При этом сокращается продолжительность затирания и фильтрования и увеличивается выход экстракта на 1...3% [141].

Рекомендуемый состав помола несоложеного сырья представлен в таблице 10 [90].

Таблица 10 - Состав помола несоложеного сырья

2.3.2 Затирание

Целью затирания при получении сусла является перевод в растворимое состояние максимального количества веществ солода и несоложеных материалов под действием ферментных системам солода, а также внесенных в затор ФП. Паузы затирания: 43...45 С, 50...53 С, 60...63 С, 70...72 С обусловлены оптимумом действия различных ферментов.

Концентрация затора при прочих равных условиях также влияет на накопление в нем продуктов распада белков и на рН среды. При затирании густых

заторов рН понижается, что связано с переходом в раствор веществ солода, обладающих кислой реакцией. В густых заторах ферменты лучше защищены от разрушения. Густым считается затор с соотношением солода и воды 1:3, жидким - затор с соотношением 1 : 5 [124]. При переработке несоложеного сырья существуют специальные требования к процессу затирания. Так для растворения риса и кукурузы требуется сравнительно большое количество воды (1 : 4,5...5), так как при клейстеризации крахмал поглощает много воды. Поэтому затор из солода делается более густым (1 : 2,5...3), чтобы после смешения с жидкой частью отварки гидромодуль был на уровне 1:3,5...4. Клей-стеризация крахмала несоложеного сырья происходит при более высокой температуре.

Переработка несоложеных зерновых культур иногда сопровождается затруднениями. Как правило их затирают раздельно от основной массы солода, только часть которого используют в качестве источника ос-амилазы.

На протекание затирания влияют: температура и рН среды, длительность, концентрация^ затора, механическое воздействие на заторную массу, способа затирания, использования различных технологических приёмов. 2.3.2.1 Процессы перемешивания при затирании

Во время смешивания солода с водой происходит извлечение из него 15... 18 % экстрактивных веществ от общего количества СВ, в состав которых входят 7,5...10 % Сахаров, 1...1,5 % пентозанов, в том числе, пентозы (ксилоза, арабиноза), 2,5...4,0 % низкомолекулярных продуктов распада белков, 0,3...0,5 % пектина, до 0,4 % дубильных и горьких веществ и почти все неорганические вещества [90].

На процесс затирания влияет работа мешалки. Силы сдвига способствуют дезагломирации комков. Для минимизации захвата кислорода и предотвращения неблагоприятного изменения структуры частичек мешалка должна обеспечивать равномерное перемешивание, но не слишком интенсивное (1,9...2,2 м/с). В начале затирания мешалка должна работать быстро, при температуре затора ниже 55 С - на медленной скорости. При температуре выше 55 С мешалку на паузах следует выключать или снижать скорость вращения до минимума для предотвращения выхода в раствор высокомолекулярного 0-глюкана. При нагреве затора и его разваривании - быстро (3,8...4,3 м/с). При перекачке отварки в отварочном аппарате - медленно, а в ЗОА - быстро. Пе-

рекачка затора на фильтрование должна осуществляться при медленном вращении мешалки, при этом затор перекачивают со скоростью не более 1,5 м/с [4].

Проведенные исследования зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига пивного сусла показали, что рациональна частота вращения мешалки 250 мин"¹. [86] По данным Л. Нарцисса для круглых ЗАО нашли применения различные скорости перемешивания: 35 мин"¹ при затирании, 10...12 мин"¹ при стягивании густого затора или премешивании остаточного затора, 20...25 мин"¹ для нагревания затора [151].

Компанией Huppmann для заторных аппаратов предложен новый тип мешалки с профилированными плечами, как показано на рисунке 2. Благодаря соответствующему наклону лопастей мешалки перемешиваемый затор в середине емкости перемещается вертикально вниз к нагревательной поверхности днища. На периферии ЗОА возникает движение затора вверх, поддерживаемое вращением жидкости. Таким образом процесс вращения способствует процессам тепло- и массообмена в заторе [151].

7 N«

Л N

Рисунок 2 - Мешалка с профилированными плечами

Существуют различные типы мешалок - турбинные и лопастные, различных диаметров, де центрированные и пр. Оптимальной является медленно вращающаяся мешалка, установленная со смещением от центра, при таком наклоне нижнего изогнутого края, что зазор между мешалкой и греющей поверхностью остается постоянным по всему перемешивающему пространству на расстоянии 50 мм от стенок аппарата. Это обеспечивает хорошее переме-

шивание: в зоне греющих поверхностей и, следовательно, хорошую теплопередачу. Мешалка частично сконструирована, как реверсивная турбина и частично, как лопастная мешалка, с лопастями изогнутыми в трех зонах с различными углами атаки и малым углом заострения и выходной зоной пробуксовки.

Херманн и др: изучали аспекты идеальных конструкций^ мешалок. Установлено, что вязкость среды оказывает решающее влияние на конструкцию перемешивающих устройств. Число оборотов мешалки определяется температурой среды и при; температуре выше. 57 Є частота, вращения должна быть максимально уменьшена.(до 10... 15 мин"¹). Идеальной по конструкции является та: мешалка, у которой можно регулировать как положение лопастей, так и высоту мешалки [246].

2.3;2.2 Реология процесса затирания

В^ пивоварении определение вязкости проводят по методу капиллярной вискозиметрии, по которому оценивают сопротивление калибровочного канала протеканию через него*исследуемой жидкости [136]- Ильиной Е. В1 и Калошиным Ю: А. изучалисьреологические характеристики сусла [87, 88].

Зенге и др. исследовали применение реометрической системы. «Физика-peocBHHrRSD 1-1» - колебательный реометр с вращающимся, в форме бруска, измерительным зондом. Установлено, что влияние на вид кривой измєнєнияї вязкости оказывают: тип сырья; температура, степень, помола, длительность хранения солода, последовательность внесения компонентов сырья. Особое значение для оценки качества,имеет определение градиента нарастания вязкости при затирании. В зависимости от его значения можно говорить о степени растворения солода. Определенные для отдельных участков коэффициенты характеризуют активность ферментов, а также константу скорости протекающих биохимических, физических и ферментативных реакций. Данную систему возможно использовать для лабораторного экспресс-анализа степени растворения солода и егоцитолитической активности [8Г, 242]. 2.3^2.3 Подкисление затора?

Кислотность во время затирания увеличивается. В* начале процесса это обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов, в том числе и кислотообразующих, а в конце - за счет образования свободных кислот, фосфатов,

аминокислот. Это буферные вещества и поэтому в процессе затирания буфер-ность затора повышается.

В связи с установлением оптимальных значений рН при,затирании следует учитывать то, что в заторе при разной температуре фактическое значение рН не- совпадает с тем значением, которое получается при определении его в пробе, охлажденной до комнатной температуры. При сравнительно высокой температуре затирания рН всегда ниже (рисунок 3) [29].

6,05 ж

5,95 . ^""""'"'-ч^

5,85; г """-о*.^^

5,45-. ,

5,35-1 1 1 1 1

—— Дистилированная —в— Среднежесткая Температура, С

Рисунок 3 - Изменение значения рН от температуры

Несоложеное сырье несколько повышает рН и понижает буферность. После соединения несоложеной части затора (1-я отварка) с солодовым затором рН общего затора повышается до 5,8. Это совпадает с ИЭТ растворимых азотистых веществ, благодаря чему выпадение коагулируемых белков достигает своего максимума, что благоприятствует успешной фильтрации затора. Пено-образующие свойства сусла при применении несоложеного сырья более ярче выражены, чем при изготовлении сусла только из солода.

Влияние рН на скорость фильтрации'обусловленотем, что набухание веществ дробины, являющихся коллоидными' системами, происходит по разному' при разных величинах рН: Наиболее благоприятным для фильтрования первого сусла является рН 5,5; а повышение рН сопровождается замедлением фильтрования. Можно оценивать пригодность воды для выщелачивания дробины путем сравнения рН 1-го сусла и промывной воды с концентрацией экстракта^ %. Чем больше разница между этими двумя значениями рН, тем хуже

вода. Используемая в производстве вода имеет рН более 7, что затрудняет буферным веществам солода снижать рН затора до требуемого уровня.

Снижение рН способствует оптимизации активности амилолитических и протеолитических комплексных ферментых систем солода и тем самым увеличения выхода экстракта, улучшения растворения и коагуляции белков при кипячении сусла, снижении цветность сусла.

Для снижения рН используют гипс, хлористый кальций, молочную кислоту (МК), монокальцийфосфат (МКФ). Гипс и хлористый кальций используют при недостаточном содержании ионов кальция в воде и повышенной щелочности воды, а также при изготовлении плотных и* темных сортов пива. Применение этих добавок лимитировано содержанием хлорид- и сульфат-ионов, общим солесодержанием воды. Гипсованная* вода значительно пони-жает цветность промывных вод и сусла. Ионы SCV" уплотняют шелуху дробины и экстрагирование из нее нежелательных веществ значительно затрудняется. Молочная кислота нейтрализует высокую щёлочность воды, но не создает благоприятных условий для действия* ферментов в среде с незначительным содержанием кальция и не предохраняет а-амилазу от кислотной инактивации. Добавка кальция усиливает действие фитазы, расщепляющей содер-жащийся в солоде фитин на инозитол и ионы фосфора РО4" . Тем самым снижается рН [19, 239, 60].

Для достижения рН сусла 5,6 требуется 0,8 г/дм МК или 1,0 г/дм МКФ. Оптимальня доза внесения МКФ составляет 0,10...0,15 % к массе затираемых зернопродуктов. Наиболее эффективное увеличение выхода экстракта происходит при затирании солода с 38 С одноотварочным способом. МКФ задают в два этапа: % - в начале затирания и Уз - в отварку перед нагреванием ее до кипения. Опытные образцы сусла с МКФ по многим физико-химическим показателям превосходят контрольные: цветность, вязкость, КСС, продолжительность осахаривания и фильтрования, улучшается брожение сусла [212].

Чешские исследователи отмечают, что оптимальный рН затора 5,4.. .5,6, а холодного сусла 5,0...5,2, содержание кальция 40...80 мг/дм . Повышение содержания кальция в заторе и сусле способствует защите ферментов в процессе затирания, что способствует повышению выхода экстракта; осаждению окса-латов в процессе производства пива, лучшему оседанию дрожжей (дрожжи

более густые и больше их количество); снижению рН затора и сусла до их оп-тимумов [220].

В результате подкисления затора в начале затирания до 5,1...5,2 активность липоксигеназы солодового зародыша (оптимум рН 6,7) снижается вдвое. Врезультате этого снижается количество, веществ {таблица 77), отрицательно влияющих на органолептическую характеристику пива [39].

Сейчас в пивоварении нашло широкое распространение биологического подкисления, суть которого заключается в добавлении в сусло МК, полученной в результате культивирования молочнокислых бактерий, содержащихся на солоде в качестве естественной микрофлоры. Культивирование проводят на неохмеленном сусле с массовой долей СВ¹10 % при 45...48 С до концентрации 0,7...0,8 % МК. 25...50 % расчетного количества МК вносится в затор, остаток в СВА в середине кипячения [5, 151].

Таблица 11 — Содержание летучих веществ в пиве

В-Англии существует способ получения-сусла из скисшего затора. Затор выдерживают при 30...36 С для естественного повышения кислотности. При этом подкисляющие добавки не используются. При кипячении вещества, вызывающие неприятный привкус, улетучиваются, а готовое пиво отличается оригинальным ароматом и вкусом [264].

Солод, поученный из ячменя, обработанного в конце стадии, замачивания суспензией чистой культуры молочнокислых бактерий, так называемой «стартовой культурой», обладает повышенной амилолитической активностью и также подавляет развитие зерновой микрофлоры и, как следствие, снижает риск микробной порчи прорастающего ячменя. Использование при^ затирании в соотношении 10...30 % «молочнокислого» солода с 15...40 % несоложеного

сырья (риса, пшеницы, ячменя) позволяет улучшить многие физико-химические характеристики сусла и пива [52, 268]. 2.3.2.4 Способы затирания

Сусло может готовиться двумя способами — настойным и отварочным, которые в свою очередь имеют множество разновидностей.

Настойный способ затирания используют для хорошо растворимого солода. При этом растворение и расщепление содержащихся в солоде веществ происходит благодаря присутствующим в нём ферментам. Затирание происходит без кипячения отварок. При этом способе происходит постепенный нагрев затора, чередующийся паузами, до температуры 76...78 С [151, 256].

По британской традиции настойный способ затирания называется одо-температурным затиранием. Затор выдерживается при одной температуре 63 С или 67 С в течение 120 минут без нагрева. За это время температура затора самопроизвольно уменьшается на 10...12 С. Далее идет медленное разбрызгивание водой температурой 80- С, в результате чего температура сусла достигает 74...78-С. При таком способе затирания невозможен-полный распад белков и (З-глюкана, поэтому этот способ затирания целесообразно применять с хорошо растворимым солодом.

При методе затирания-для производства диетического пива используется несколько пауз в диапазоне температур 62...74 С со ступенями по 2...3 С. Это обеспечивает высокое расщепление ВМС и, следовательно, высокое сбраживание пива.

Метод температурного скачка применяется при производстве пива с низкой КСС. К очень густому затору с температурой 35...50 С добавляется кипящая вода, что приводит к повышению температуры затора до 72 С. Таким образом интервал активности Р-амилазы «перепрыгивется» , что приводит к низкой КСС. Этот прием используют при производстве слабоалкогольного или безалкогольного пива.

Отварочные методы затирания разделяются на одно-, двух- и трехотва-рочные. Способ затирания выбирается от вида и качества сырья; принятой технологии, сорта пива и пр. Трехотварочный способ самый известный. Он положен в основу множества используемых в настоящее время способов затирания. Длится он 300...360 мин и сейчас используется для производства темных сортов пива. Двухотварочные способы могут различаться по времени от

200 до 250 мин. Одноотварочные - 180... 195 мин. В'каждом способе может варьироваться температура паузы и ее длительность, число этих пауз, начальная и конечная температура затирания.

Помимо этого существует несколько специфических способов затирания: - с разделением затора на составные части, когда мука и тонкая крупка отделяется от остальной части зернопродуктов и подается в затор, после того как будет прокипячена последняя отварка; - с отделением оболочек. При этом хорошо обмолоченные оболочки подают в затор в определенный момент, гарантирующий, что они не будут больше подвергаться кипячению; - с затиранием под давлением 0,1...0,2 МПА с целью лучшего растворения грубой крупки. Здесь делается ставка не на качество, а на количество

При использовании модифицированного режим затирания «Шмитца» после дробления и затирания при 50 С температуру затора поднимают до 64 С и выдерживают 40 мин. В это время выключают мешалку и перед началом нагрева до 72'С декантируют жидкую часть (30:..35 % общего объема затора), которая в последующем будет служить, как источник осахаривающих ферментов. Густой затор выдерживается при 72 С до полного осахаривания, нагревается до кипения и после 10 мин кипячения перекачивалась на фильтрование. Когда основная часть жидкости отделялась, в ФА подавали Vi декантированной части, при этом температура не должна повышаться выше 80 С. Остальное перекачивали в суслосборник или СВА. [26, 197].

Разваривание несоложеных материалов проводят обычно при избыточном давлении 0,1...0,2 МПа при использовании раздельных одно- или двух-отварочных способов. Для этого затор, содержащий все несоложеное сырье отдельно или с добавлением небольшой части солода, нагревают до температуры клейстеризации крахмала сырья. Выдерживают для разжижжения и далее процесс ведут по принятому графику затирания [151]. 2.3.2.5 Специальные технологические способы и приемы:

Существуют способы воздействия на затор и сусло током различного напряжения, силы и плотности, а также СВЧ-энергоприводом. Улучшение качества сусла связано с равномерностью прогрева при электроконтактном способе и с положительным воздействием электрического поля на вещества затора и его ферментативные системы [182, 183, 184, 203].

В России разработаны способы получения заторов из разнообразного зернового и сахаристого сырья, где в процессе осахаривания затор обрабатывают СО2 концентрацией 3...10 % путем подачи его в твердую часть затора при избыточном давлении 75...150 КПа с доведением рН до 5,4...5,6. Это способствует увеличению выхода экстракта и ускорению осахаривания затора [167, 170]. Муравицкой Л. В. предлагается способ приготовления затора с начальной температурой 62С и рН 5,3 и продолжительностью совмещенного протеолиза и амилолиза 30 мин [148].

Предлагается использовать осветленную подработанную молочную сыворотку, как источник сбраживаемых веществ, что позволяет повысить экс-трактивность сырья [161]. Помимо солода в затор для отварки добавляют смесь ячменной муки и солодовых ростков, а в. общий затор - остаточные дрожжи. Этот прием приводит к увеличению содержание аминного и общего азота и экстрактивности [162].

Было также установлено, что электрохимически активированные (ЭХА) растворы, получаемые на установке СТЭЛ-20АК и используемые при получении сусла, активируют ферменты солода и препаратов микробного происхождения. Это позволяет сокращать норму внесения ферментов до 10 %. Наиболее эффективное влияние оказывает анолит, уменьшая время осахаривания затора и увеличивая экстрактивность. Что, в свою очередь, позволяет уменьшить зерновую засыпь, при том же количестве готового сусла [215].

Для повышения выхода экстракта, перед введением протеолитических

ферментных препаратов в затор вводят ионы Zn в количестве 0,02... 0,2" мг/дм на 1 кг зернопродуктов в виде ZnCb или ZnSC>4, что способствует увеличению выхода экстракта на 1,9.. .4,0 % от расчётного [159]. 2.3.3 Фильтрование затора

Фильтрование затора происходит через слой дробленого зерна, состоящего из шелухи, крупки, муки, образовавшийся самопроизвольно-под действиями сил тяжести. На скорость фильтрования влияет тип зернопродуктов, фракционный состав дробленого сырья, площадь поверхности фильтрования и тип дробления, температура затора и промывных вод, физико-химический состав затора: рН, вязкость, содержание ВМС.

Основными отличительными признаками современного ФА является: - подача затора снизу через специальные донные форсунки — для предот-

вращения окисления компонентов затора кислородом воздуха и минимизирует силы сдвига на затор; - рыхлительный механизм с комбинацией прямых и зигзагообразных ножей с клиновидным профилем для мягкого разрыхления дробины; - оптимальная скорость потока сусла на участке соединения фильтрационных трубок с днищем ФА; - коллектор в виде концентрических кольцевых труб с возможностью регулирования скорости потока в каждой фильтрационной зоне в зависимости от концентрации собираемого сусла, что позволяет равномерно выщелачивать сусло по всей поверхности ФА; - выщелачивание дробины в непрерывном режиме при помощи специальной деаэрируемой воды; - короткий период выгрузки дробины. Всё это позволяет сократить время фильтрования сусла с 4...6 ч до 2-х. Современные ФА имеют оборачиваемость 8... 12 варок в сутки [202].

Современные фильтр-прессы оснащены попеременно расположенными камерными пластинами и специальными мембранными пластинами, состоящими из рам с приваренными по обеим сторонам мембранами из полипропилена. Фильтрующие салфетки также состоят из полипропилена, которых характеризуется наилучшими фильтрующими и эксплуатационными свойствами и длительным сроком службы. Преимуществом фильтр-пресса являются: высокий выход экстракта при высоком качестве сусла; высокая эффективность отжима, позволяющая регулировать влажность дробины от 78 до 55 %; возможность производить плотного пива и перерабатывать большое количество несоложеного сырья [75].

Бамфорт и др. отмечают, что скорость фильтрования сусла значительно изменяется в зависимости от средства, используемого для корректировки рН. Так, ионы кальция оказывают явно отрицательное влияние на скорость фильтрования [19].

Для ускорения процесса фильтрования, повышения качества сусла и кормовых свойств пивной дробины при осахаривании вносится цеолит (алюмосиликаты, кристаллическая структура которых образована тетраэдрическими фрагментами SiC>4 и АЮ₄, объединенные общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами) с размерами частиц 1...2 мк в количестве 5... 10 % к массе зернопродуктов [163].

Другим способом ускорения процесса фильтрования является внесение кизельгура в количестве 2...3 кг на 1 т зернопродуктов в затор при его темпе-

ратуре 72 С и 20...40 г/гл в охмеленное сусло. Ускорение фильтрования сусла происходит за счет лучшей фильтрующей характеристики дробины - увеличивается пористость и уменьшается сжимаемость. Скорость фильтрования увеличивается на 20 % [107].

Компания Steinecker предлагает систему фильтрования сусла «Pegasus», отличающаяся от классического ФА тем, что из процесса фильтрации исключается зона в радиусе 40...80 см от центра аппарата. Скорость фильтрования на этом участке на порядок меньше, чем на периферийных. А также, в этой зоне наблюдается повышенная потеря сухих веществ (СВ). Такой аппарат обеспечивает 14 варок в сутки при нагрузке на сито 200 кг/м [140]. 2.3.4 Кипячение сусла 2.3.4.1 Физико-химические процессы, происходящие при кипячении»

Массовая доля СВ в сусле при кипячении увеличивается за счет испарения. При классическом кипячения сусла с хмелем повышается массовая доля СВ на 1,6...2,0 % при часовом испарении воды 8... 12 % от общего объема сусла. Одновременно во время кипячения сусло стерилизуется, а оставшиеся ферменты инактивируются. В результате кипячения значение рН уменьшается, вследствие этого образуются первичные фосфаты и кислые ме-ланоидины. Цветность сусла повышается, что связано с меланоидинообразо-ваннем, которое зависит от различного набора аминокислот, рН и "длительности температурного воздействия и окислением полифенолов [68].

Коагуляция белковых веществ протекает в две стадии: денатурация и собственно коагуляция. У белков происходит потеря связанной воды, что влечет за собой переход мицелл из лиофильного состояния в лиофобное [29]. Мицеллы денатурированных белков удерживаются в суспензированном состоянии благодаря собственному электрическому заряду. Денатурация внешне характеризуется появлением мути. Электролиты ускоряют процесс денатурации. Когда силы молекулярного притяжения преодолевают силы электростатического отталкивания мицелл, дегидрированные мицеллы слипаются и образуют крупные хлопья, наступает вторая стадия процесса - собственно коагуляция. Коагуляции белковых веществ благоприятствуют высокая температура, продолжительность и интенсивность кипячения сусла. Оптимальным с точки зрения коллоидной стабильности считается значение 2,2...2,5 мг/100 см³. Белки во время кипячения лучше всего коагулируют при рН; соответст-

вующей ИЭТ отдельных белков. Так глобулин ячменя (эдестин) a, J3, у имеет ИЭТ соответственно при рН 5,0; 4,9; 5,7; а ячменный альбумин при рН 5,75. Поэтому все присутствующие виды белков при кипячении нельзя* осадить в равной степени полно. Но все же рН 5,2 считается оптимальным для образования взвесей горячего сусла. Полифенольные соединения хмеля благоприятствуют выпадению белковых веществ в осадок при кипячении.

В процессе кипячения сусла с хмелем происходят растворение и превращение составных частей последнего: горьких, ароматических и полифеноль-ных веществ. Хмелевые вещества растворяются лишь в горячем сусле. Рас-творимость а-кислот при рН 5,9 составляет 480 мг/дм , а р-кислот -12 мг/дм , при рН 5,2 растворимость а-кислот понижается до 80 мг/дм³, Р-кислот - до 8 мг/дм . Растворимость мягких смол в сусле больше, чем горьких кислот, из которых они образуются. При кипячении составные части а-кислот - гумулон, когумулон и адгумулон - претерпевают изомеризацию Горькие Р-кислоты при* кипячении не подвергаются изомеризации, плохо растворимы, и из хмеля их извлекается очень небольшое количество. Из твердых смол только одна фракция (5-смола) растворима в воде и обладает некоторой горечью, являясь слабым антисептиком. Основная горечь пива обусловлена изомерными соединениями а-кислот. При кипячении сусла с хмелем изомеризация осуществляетсяс через стадию образования изо-а-кислот в виде цис- и транс-изогумулона. При повышении рН изомеризация увеличивается. Продолжительность и интенсивность кипячения сусла с хмелем также влияет на образование изо-а-кислот. Так, после 30 мин кипячения сусла образуется более половины общего количества изо-а-кислот, а после 90 мин оно приближается к максимальному значению. В пиво переходит лишь около 20...40 % горьких веществ при использовании шишкового хмеля. При использовании хмелевых экстрактов и гранулированного хмеля степень использования горьких веществ доходит до 50...70% [59, 69].

Во время кипячения вместе с паром удаляются нежелательные летучие компоненты. Источником диметилсульфида (ДМС) является солод, а также его малые количества образуются во время брожения и порчи микроорганизмами. ДМС придает пиву запах сладкой кукурузы. Содержание ДМС в сусле не должно превышать 70 мг/дм . ДМС образуется из-за термического разло-

жения S-диметилметионина (ПДМС) в реакции первого порядка с периодом 35 мин. При снижении продолжительности кипячения с 60 до 45 мин при томже уровне выпаривания, сохраняемость предшественников ДМС увеличи-вается на 16 % для сусла плотностью 1,0390 г/см . ДМС, выделившийся во время кипячения, быстро улетучивается при выпаривании. Но распад ПДМС продолжается и во время периода между окончанием кипячения и охлаждения сусла. Выделившийся ДМС не улетучивается и переходит в конечное пиво. Уровень ДМС можно регулировать, изменяя продолжительность стадий кипячения в СВА и вдержки в ГА. Применение отварочных методов затирания способствует уменьшению содержания ДМС [158, 223]. Также в пивном сусле до и после кипячения и в конце охлаждения присутствуют: 5-гидроксиметилфурфурол, 2-фурфурол, 2-фурфурилагликоль, фенилацетальде-гид, 2-метилбутан, оксиметилфурфурол и др. [67, 151, 196, 220]. 23.4.2" Современные способы, и оборудование для приготовления охмеленного сусла^

Основная задача работы СВА заключается в достижении подачи достаточного количества энергии для необходимой турбулентности сусла при кипячении и выпаривание. Кипячение сусла можно осуществлять с внутренним нагревателем при низком избыточном давлении (до 1 атм) и температуре кипения сусла до 120 С. Обычно кипячение осуществляют при 103...105 С в течение 55...65 мин со следующими стадиями: кипячение без давления; увеличение давления до заданного значения; кипячение при давлении; сброс давления; кипячение без давления. Испарение при этом способе составляет 6...8 %.

Существует проблема в СВА с внутренним кипятильником, известная как «пульсация» внутреннего кипятильника. В начале нагрева сусла до температуры кипения зачастую еще идет процесс фильтрования. Сусло постоянно поступает в СВА, что приводит к негомогенному распределению температуры внутри аппарата. Сусло с различной температурой поступает снизу во внутренний кипятильник. «Холодное» сусло нарушает термическое равновесие в нагревательных трубках, что приводит к частичному прерыванию подъемного течения. В этот период большое количество белка выпадает в осадок- и пригорает на поверхности нагревательных труб. Трубы в процессе кипячения сусла закупориваются и нагреватель необходимо очень часто мыть. Избежать этого можно с помощью следующих мер: принудительная подача сусла во внутрен-

ний кипятильник циркуляционным насосом; расположение кипятильника в «стакане», что позволяет начать нагрев при заполнении котла 10...15 %; прокачивание сусла через трубки нагревателя с помощью мешалок, расположенных над и под системой труб; предварительный нагрев сусла в пластинчатом ТО с помощью пара или горячей воды. Вследствие равномерного распределения температуры в СВА, близкой к температуре кипения, достигается^ быстрое начало кипячения. Сусло поднимается по трубкам нагревателя и поступает в распределительный зонт с двумя разными уровнями, который в двух различных уровнях возвращает сусло на поверхность. Это приводит к улучшенному удалению нежелательных ароматических компонентов из сусла [151].

Разновидностью кипячения под давлением является динамическое кипячение при умеренном давлении, которыое делится на три основных шага: первый - короткий нагрев при атмосферном давлении для удаления воздуха из СВА; второй - динамическое кипячение - заданный рост давления в СВА и целенаправленный сброс (повтор этого процесса до 15 раз);, третий - дополнительное: кипячение при атмосферном давлении для достижения желаемой концентрации. Во время процесса динамического кипячения во время сбросов давления; давление в котле снижается на 50;..100 мбар. Є понижением давления падает и температура кипения сусла и происходит быстрое образование пузырьков во всем объеме аппарата. Этот процесс кипячения, по сути - управляемая задержка кипячения, приводящая к удалению нежелательных летучих компонентов, а также объединению частиц горячего труба в более крупные агломераты. Это приводит к образованию компактного конуса труба в FA. Так как внутренний кипятильник работает и во время шага сброса давления, то сусло,. сбрасываемое с распределительного зонта, разбивает пенный ковер и одновременно улучшает процесс испарения. Общая длительность кипячения при таком способе занимает 40;..50 мин, а испарение составляет 3...5 %.

Во время,кипячения, с внутренним кипятильником .содержание тиобарби-туровой кислоты (ТБК) увеличивается на 81... 105 %.. При компрессии- вторичного пара—рост ТБК на 69 %, а при динамическом кипячении при умеренном давлении (стриппинге) - на 28 %, что говорит о предпочтительности этого режима [272].

Для хорошего удаления летучих компонентов и избежания^ тепловой нагрузки на сусло компания Krones разработала систему «Stromboli (Штромбо-

ли)». В центре кожухотрубного ТО прокладывается труба, к концу которой прикрепляется экран для распределения сусла. Прокачивание сусла по этой трубе осуществляется с помощью частотно-регулируемого насоса. Удаление летучих компонентов происходит за счет большой площади поверхности сусла, что обеспечивает распыление с нескольких экранов. Циркуляцию сусла можно проводить с минимальным подводом тепла за счет встроенного струйного насоса, который и всасывает сусло через кипятильную трубу. При этом предотвращается чрезмерный нагрев сусла и достигается интенсивная циркуляция содержимого СВА, исключая наличие мертвых зон и неоднородностей. Температурный режим нагревания сусла происходил более равномерно без скачков и температура на выходе из нагревателя по сравнению с температурами на входе в него и в нижней части котла была всегда выше на 2...3 С. Новая система кипячения позволяет понизить величину: испарения с 9 до 4 %, ДМС - с 150 до 15 мг/дм³, ПДМС - с 280 до 65 мг/100 см³, ТВК с 43 до 21 и содержание коагулируемого азота с 6 до 2,5 мг/100 см [37, 196]. Внешний нагреватель обычно представляет кожухотрубный ТО, находящийся вне СВА. При этом сусло насосом забирается из точки, находящейся в средней части-обечайки, и подается в днище аппарата, где, проходя через распределительный зонт, растекается, испаряясь при этом. Минусами внешних кипятильников являются дополнительные затраты энергии, а также высокие динамические нагрузки, которым сусло подвергается в рабочей полости насоса и нагревателя [156].

В системе кипячения сусла TFS (Twin-Flow-System) применяют С0₂ в качестве рабочего газа газлифта, который подается в вертикально расположенный участок внешнего циркуляционного контура после выносного кипя-тильнка (кожухотрубного теплообменника). Подъем жидкости в вертикальной трубе происходит из-за разности плотностей жидкости и газжидкостной смеси выше точки подачи газа. Применительно к системе кипячения с внутренним ТО, продолжительность нагрева сусла до кипения можно уменьшить путем искусственной организации движения сусла в межтрубном пространстве за счет подачи С0₂ или другого инертного газа в моющую головку. Создаваемая таким образом принудительная циркуляция обеспечивает постоянное движение сусла внутри труб, что способствует подавлению процесса образования накипи и интенсификации теплообмена [45, 187].

Существует способ кипячения и осветления сусла в одном аппарате. Сусло насосом забирается из СВА и пропускают через с выносной теплообменник для нагревания. В таких СВА достигается: низкая термическая нагрузка на сусло; лучше используются горькие вещества; не большое время кипячения при испарении 5...7 %; кипятильник можно мыть независимо от СВА для восстановления поверхности нагрева; оптимальные условия теплопередачи, из-за наличия хмелепродуктов (на загрязнение они действуют как абразив во время движения через ТО и трубопроводы) и турбулентных условий - все это обеспечивает самоочистку труб, позволяя производить от 9 до 16 варок между мойками. В данном типе аппаратов сусло можно вводить по касательной, что позволяет тут же осуществлять после процесса кипячения и процесс осветление сусла. При этом отсутствует шаг перекачки сусла из СВА в ГА и снижается повреждение хлопьев белка [202].

В'> комбинированной системе кипячения и осветления сусла «Мерлин» есть два аппарата: первый - представляет собой коническую поверхность, предназначенную для кипячении и осветления. Второй - во время' кипячения используют как сборник, а в процессе охлаждения для осветления сусла. В* процессе кипячения сусло перекачивают из 2-го сборника в 1-й аппарат. Оно обтекает нагревающую поверхность, которая нагревается, питающим паром при 0,6...1,5 бар и температуре около ПО С. Нагреватель работает, обеспечивая большую нагревающую поверхность (7,5 м² на 100 гл сусла), покрытую тонкой пленкой сусла, что позволяет «мягко» кипятить сусло и быстро удалять ароматические компоненты. Система способна обеспечивать хорошее качество сусла при выпаривании 4 % сусла за 40 мин. Для удаления любых нежелательных ароматических составляющих, сформировавшихся за период, когда осветленное сусло находилось в гидроциклонном аппарате, оно проходит через нагревающий конус (0,6...1,2 бар) по пути в охладитель сусла, что дает дополнительно около 1 % испарения [220, 274].

Возможно кипячение сусла с использованием микроволновой энергии. Такая система кипячения включает, СВА микроволновый генератор и соответствующую электронику. Микроволны попадают в сусло через направляющую магистраль и проходят в жидкость. При этом нет случайной радиации, что позволяет добавлять хмель непосредственно в СВА без риска для обслуживающего персонала [247].

Во время непрерывного высокотемпературного кипячения сусло нагревается в ТО до 130...140 С, выдерживается 1,5...3,0 мин в выдерживателе и вводится в сепаратор, где давление падает до заданного уровня, что позволяет суслу кипеть и испаряться. Охлаждение проводят в две ступени: до 117 С и 100 С. Затем сусло подается на один из трех ГА, которые заполняются поочередно. Температура 135 С значительно ускоряет изомеризацию а-кислот хмеля и коагуляцию белков. Испарение составляет 6...8 %, что достаточно для удаления нежелательных ароматических компонентов [156, 237].

Для увеличения испарения применяется после СВА и ГА дополнительный шаг - вакуумное выпаривание за счет использования' стргтпинг-колонны, в которой противотоком движется сусло и пар. Сусло подается из ГА в нижнюю часть колонны. Степень испарения в ней составляет 2 %. Из колонны сусло подается на ТО. При этом приёме происходит минимальное воздействие на сусло в СВА при испарении 3,0...4,5 %. При использовании этого метода кипячения содержание ДМС в сусле не превышает 20...30 мг/дм³ [93, 269].

Одним из приемов уменьшения содержания ДМС в сусле во время его нахождения в ГА является использование дополнительного ТО между СВА. и ГА. Во время перекачки сусла в ГА его охлаждают до 85...95 С, что способствует уменьшению содержания ДМС на 30 %. 2.3.4.3 Технологические приемы для улучшения качества пивного суслам

Из летучих соединений сусла помимо ТБК Шемиком и др. были исследованы: 5 - гидроксиметилфурфурол, 2-фурфурол, гексанал, 2-метилбутан, ПДМС. Они определялись в пивном сусле до и после кипячения и в конце охлаждения, а также сравнивались различные способы кипячения. Были определены оптимальные значения новых летучих соединений, их накопление или уменьшение во время технологических процессов. Режим кипячения с использованием выносного кипятильника является самым предпочтительным при выборе режимов кипячения с минимальным количеством летучих компонентов в холодном сусле [220].

Основная причина снижения теплопередачи в СВА — загрязнения, образующиеся от контакта нагревающей поверхности с суслом. Факторы, уменьшающие степень загрязнения: мягкая вода (низкий показатель жесткости, в т. ч. карбонатной); хмель в шишках (абразивный эффект); меньшая начальная плотность сусла; меньшая разница температуры нагрева (умеренная плотность

потока); избегание избыточной подачи энергии, особенно коротких термических пиков; тщательное размешивание жидких добавок перед внесением в нагреватель; турбулентное пузырьковое кипение (предпочтительнее,.чем кипячение в пленке). С каждой варкой испарение сусла снижается. Так с 1 по 12 варки испарение в час снижается с 9 до 4 % соответственно. Необходимо своевременно и качественно осуществлять процесс мойки профессиональными моющими средствами [138, 139, 156].

Исследователи отмечают о специфических приемах при задаче жидких компонентов в сусло. При наличие выносного теплообменника предпочтительно дозировать добавки (ГМС, коцентрат пивного сусла, сахар и др.) в выходное отверстие ТО. Бурный газожидкостной поток способствует быстрому перемешиванию. При дозировании вязких продуктов непосредственно в котел существует вероятность попадания их в ТО, до того как они будут растворены, что приводит загрязнению нагревающих поверхностей [25].

Для повышения содержания горьких веществ в сусле Прайс с коллегами предлагает дозировать в суслосборник до 80 % от нормы хмелепродуктов [180]. Для снижения-расхода энергии проводят кипячение сусла в атмосфере инертного газа [248]. Для увеличения степени использования- горьких веществ хмелепродуктов (10...20 %) их предварительно обрабатывают ферментными препаратами или сахарным сиропом [78].

Для понижения пенообразования в процессе кипячения-пивного сусла в СВА в начале кипячения добавляют препарат на основе полимера силоксана -эмульсии диметилполисилоксана. Он увеличивает коэффициент заполнения емкостей; повышает степень горечи в пиве (за счет предотвращения образования на стенках ЦКБА в деке); снижает затраты на мойку оборудования, за счет образования легкосмываемых соединений. Этот препарат не обнаруживается в готовом пиве. По сравнению с контролем образцы пива обладают лучшими пенными свойствами [84].

Также в кипящее сусло добавляют за 5... 10 мин до конца кипения очищенный высокомолекулярный полисахарид каррагинан, получаемый из красных морских водорослей (Rhodophyceal). Отрицательно заряженная молекула образует комплексы с положительными зарядами белка, жира, глюкана и бел-ково-фенольными комплексами. Образуются электрически нейтральные агрегаты, которые быстро оседают в виде плотного компактного осадка. При этом

улучшается прозрачность сусла, уменьшается количество высокомолекулярных полипептидов. Улучшается выделение и компактность белкового отстоя и сокращаются потери сусла с ним [3].

Карпенко Д. В. и др. разработан способ эффективного удаления из сусла тяжелых металлов и их ионов (железа, меди, и пр.), жирных кислот, пестицидов, соединений фенольной природы за счет биосорбента ОД-2, представляющего собой порошкообразный препарат или гранулы, полученный на основе клеток остаточных пивных дрожжей, для корректировки химического состава сусла и пива. При дозировке препарата 2,0 мас./об % и более обеспечивается полное удаление из раствора всех вредных для дрожжей ионов металлов. Гранулированный препарат легко отделяется от обрабатываемой среды, и ее можно использовать повторно. Еще более эффективно данный биосорбент работает в иммобилизованном виде для обработки жидких технологических сред в непрерывном проточном режиме [38, 120, 121].

' При переработке несоложеных материалов возникает необходимость использовать дополнительных питательных веществ, которые не содержатся в достаточном количестве в сусле. Наиболее типичен дефицит цинка, необхо-димый для ферментативных систем дрожжей. Поэтому в сусло вносят сульфат цинка в количестве 0,08...0,12 мг/дм . Для улучшения физиологического состояния семенных дрожжей, увеличения коэффициента прироста, интенсификации процесса главного брожения, улучшения органолептических свойств в сусло можно вносить и другие питательные вещества (диаммоний фосфат, сульфиты кальция, цинка, марганца, соевую муку, АК) [106].

На пивзаводах где есть замкнутая система кипячения образуется конденсат пара. Его можно использовать для ополаскивания ФА, очистки различных емкостей, мойки бутылок, для предварительного ополаскивания оборудования при его мойке и дезинфекции. Для очистки к конденсату добавляют ПАВ, коагулянты, осадители или их смесь для осаждения в нём примесей и отделения их физическими методами. Подроботанный конденсат можно использовать в качестве котловой, питьевой воды, а также для производства пива. Существует обработка конденсата методом обратного осмоса. При очистке из него может быть удалено 98... 100 % примесей: альдегидов, спиртов, фуролов, примесей альдегидов, терпенов и соединений серы [224, 240].

2.3.5 Осветлене и охлаждение сусла

Цель проведения процессов осветления и охлаждения - удаление взвесей; насыщение сусла кислородом; охлаждение до температуры внесения дрожжей. Взвешенные вещества оседают под действием силы тяжести. Осадок горячего сусла состоит из полифенольно-белковых веществ, нерастворимых солей, смолистых веществ, тяжелых металлов.

В* России и мире нашло применение гидроциклонного аппарата (ГА) (вирпул, турбулентный чан), принцип действия которого основан на круговой циркуляции сусла при его тангенциальной закачке в ГА. Вращающаяся жидкость образует воронку, которая меньше в середине, чем по краям. Все эти искривленные поверхности имеют схожие профили давления, кроме той, где воронка пересекается со статическим слоем на дне/центре ГА, что создает низкое давление в этой точке. Жидкость устремляется от краев емкости к этой точке, неся с собой частицы, которые удерживаются в центре дна чана более медленным вращающимся потоком. По мере замедления потока, частицы передвигаются в эту небольшую зону, что обеспечивает получение желаемой степени разделения. Сдвигающие поля в ГА должны быть такими, чтобы они способствовали ортокинетической флокуляции частиц взвесей холодного сусла. При этом образуются- более крупные частицы, которые мене склонны к уносу из зоны осаждения другими потоками нежелательного направления. Слишком высокие скорости сдвига разрушают слабые агрегаты. Существует баланс между правильным сдвигом для флокуляции и образованием вторичных направлений потока. Высокие значения вторых могут привести к разрушению конуса взвесей холодного сусла [73, 151].

Окислительные процессы под действием поступающего кислорода энергичнее протекают при более высокой температуре, при этом сусло темнеет, резко понижаются хмелевой аромат и горечь, что нежелательно для качества сусла. В тоже время кислород способствует коагуляции, белков и образованию осадка в сусле, благодаря чему оно лучше осветляется. В настоящее время наиболее употребимы одно- и двуступечатые охладители сусла. Сусло на выходе из гидроциклонного аппарата через 15...30 мин имеет температуру около 95 С и должно быть охлаждено до начальной температуры брожения. Для удаления крупных и мелких взвесей горячего сусла и взвесей охлажденного сусла предусматривают охлаждение сусла в две стадии. В первой стадии сусло

медленно охлаждают до 60 С, а во второй - быстро до 4...6 С при низовом брожении. Общая длительность охлаждения сусла составляет 50...80 мин. Во время быстрого охлаждения происходит образование большего количества ассоциатов В-глюкана в виде клубков по сравнению с медленным, что может повлиять на ход фильтрования пива и его стойкость. Механическое воздействие в ГА также влияют на структуру ассоциатов В-глюкана [127].

Исследования Денка, основанные на измерении сил сдвига и^ направлений потока в гидроциклоне, показали, что оптимальным значением входной скорости в FA будет 3,5 м/с, а отношение высоты в ГА к его диаметру в пределах 0,7...0,8 [234].

В последнее время появилось множество модификаций ГА. Так был изготовлен ГА, у которого есть рубашка, что позволяет охлаждать сусло непосредственно в ГА, нагревая при этом холодную воду [165].

На расстоянии от 350 до 600 мм размещаются концентрические кольца и не расстоянии 100 мм друг от друга. Они препятствуют при понижении высоты сусла растеканию конуса осадка. Также для предотвращения Размывания осадка скорость скачивания сусла должна ступенчато понижаться и быть минимальной в конце процесса [151].

В ГА угол днища по отношению к горизонтали составляет 1 и служит для стока остаточного сусла и смываемых водой взвесей холодного сусла. Дно ГА с чашкой для сбора труба — углублением в центре аппарата, не дает преимуществ, так как создается нарушение образования пограничного донного слоя. [144]

В аппарате Whirlship Calypso (Krones, Германия) помимо осветления происходит эффективное удаление летучих компонентов из сусла. Принципиальное устройство и работа ГА данного типа заключается в следующем. Внутри ГА цилиндрической формы есть вторая цилиндрическая стенка, расположенная на расстоянии 70 см от внешней («стакан в цилиндре»). Стенки внутреннего цилиндра не доходят до конической крышки. Горячее сусло подается тангенциально во внутренний цилиндр, но подводящая^ труба входит в ГА снизу сквозь внутреннюю обечайку на высоту 0,5...1,0 м. Труба с верху заглушена, а сбоку на ней есть щелевое отверстие во всю длину входящей трубы. Отверстие расположено так, чтобы входящий поток сусла равномерно подаётся на внутреннюю стенку «стакана» и закручивался. Во внутреннем ци-

линдре сусло выдерживают 10...20 мин. Выкачивание сусла после выдержки осуществляют, как обычно - с боку, а затем с низу. Но при этом сусло подается не на ТО, а возвращается насосом в систему форсунок, расположенных над пространством между внешней и наружной стенками аппарата и тонким слоем распыляется через кольцевую трубу на верхнюю часть стенок. Во время выдержки сусла стенки прогреваются и поэтому во время стекания сусла с них происходят теплообменные процессы и улетучивается ДМС за счет тонкоплёнчатого холодного испарения без подвода тепловой энергии или вакуума. Испарение составляет 0,5 %. Только после этого шага сусло насосом направляется на охлаждениие. Преимуществом данной системы осветления является снижение тепловой нагрузки на сусло и высокая производительность (до 12 варок/сут) [196]. 2:4 Менеджмент качества.при приготовлении пивного сусла

В соответствии со стандартом ISO 9000:1994: Качество - совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности [133]. В'связи с интенсификацией производства и ростом конкуренции на пивном рынке многие пивоваренные предприятия стремятся внедрить у себя системы менеджмента качества.

Задача менеджмента - решение проблемы качества продукции при одновременном снижении издержек производства при ее изготавлении.

Существует множество систем качества TQM (Total Quality Management), BSC (Balanced Scoracard), ISO 9000:2000, GMP, HACCP (Hazard Analysis of Critical Control Points)n др. [119]. В'течение предыдущего столетия-функция качества постоянно изменяла свой статус и до настоящего времени находится в развитии. Элементами работы по управлению качеством является: а) производство и б) контроль и испытания.

Производство включает следующие задачи: оценку возможностей технологических процессов, с точки зрения качества;, планирование контроля процесса: выбор контрольных участков, определение контрольных мероприятий, создание системы обратной связи и т. д.; наблюдение за процессом; анализ вышедших из-под контроля условий и принятие в связи с этим корректирующих мер; разработку методов оценки качественных характеристик единиц продукции; подготовку и публикацию оценок качества [56].

Контроль и испытания включают разработку планов контроля и испытаний; выбор контрольных участков; определение выполняемых работ на каждом участке; подготовку и набор контролёров; проведения контроля и испытаний в соответствии с планом.

Важная роль в менеджменте качества пива отводится производству, контролю и управлению производственным процессом при приготовлении пивного сусла, для его эффективного сбраживания [16].

На пивоваренном заводе при использовании интенсивной технологии (до 12 варок в сут) многие стадии производственного процесса накладываются друг на друга. Возможность следить за процессом приготовления сусла одним оператором усложняются. Растет опасность возникновения ошибки в действии оператора за счет увеличения нагрузки и, как следствие, неравномерность выпуска продукции. Поэтому для строгого соблюдения всех заданных параметров (температуры, давления, времени, плотности, мутности, проводимости, уровня и др.) и производства большого объема сусла высокого качества используют автоматические системы управления.

На современных предприятиях работа варочного цеха полностью автоматизирована. При его управлении используется графический вариант: на дисплее осуществляется показ всех частей системы и технологических процессов. С помощью автоматической системы- управления можно осуществлять следующие операции: - создание и корректировка рецептур и заметок к ним, выведение их на экран и печать; - создание недельных программ и управление ими; - ввод и вывод кривых в виде графиков и таблиц; - обзор оборудования для представления текущего состояния обрабатываемых функциональных групп и управление ими; - вывод на экран и принтер шаговых протоколов; -управление и контроль регуляторов; - показ всех исполнительных органов, их включение и выключение, подтверждение неисправности.

С помощью заданной программы управления технологические процессы протекают друг за другом, автоматика контролирует ход процесса. Она принимает и обрабатывает сигналы из системы. Оператор наблюдает за отображением производства на экране и, при необходимости, может вмешаться в ход производства. В случае возникновения неисправностей и нарушения регулировок немедленно подается визуальный и звуковой сигнал, что позволяет оператору немедленно предпринять необходимые действия. Вычислитель об-

рабатывает огромное количество информации и данных, которые можно сохранять в памяти и распечатывать. Данные могут быть вызваны для проверки в течение нескольких месяцев.

На крупных пивоваренных предприятиях следует предлагать осуществлять следующие мероприятия по улучшению качества сусла:

система регулирования уровня в заторном желобе при процессе дробления. С помощью системы управления за счет измерения объема затора, температуры в ЗОА и учета необходимого повышения температуры, рассчитывается необходимое количество воды и рекомендуемый режим кипячения;

корректировка рН затора осуществляется за счет впрыска кислоты во время затирания солода. Значение рН измеряется в потоке в заторном трубопроводе. С помощью измерительного преобразователя можно осуществлять управление регулирующего, клапана, который регулирует объемный расход кислоты. Кислоту или биологическую закваску можно впрыскивать как в подающий трубопровод воды, так и в заторный трубопровод;

программа оптимизации фильтрования сусла. При изменении мутности сусла автоматически меняется скорость прорезания дробины и производительность стягивающего насоса. При изменении разности давлений над дробиной и под ней происходит управление высоты положения рыхлительного механизма в процессе прорезания;

программа оптимизации кипячения сусла - при загрязнении нагревателя используется либо система, способная планировать степень загрязнения- и соответственно дискретно увеличивать давление пара, либо систему, измеряющую количество подаваемого пара и управляющая им. Это будет обеспечивать постоянную тепловую мощность и автоматически компенсирует потери тепла при загрязнении, сохраняя постоянной температуру нагревающей поверхности, контактирующей с суслом, благодаря. чему обеспечиваются стабильные условия кипячения и постоянная скорость,. испарения. За счет этого химический состав сусла становится равномерным;

програлша оптимизации охлаждения сусла. При этом производится автоматическое уменьшение производительности откачивающего насоса при понижении уровня в гидроциклонном аппарате, а также автоматическая корректировка температуры охлаждающего сусла и температуры горячей воды, выходящей из теплообменника и направляемой в баки горячей воды.

Контроль и испытания как принципиальный элемент управления качеством сусла заключается в следующем. Каждое предприятие имеет план контроля и испытаний в строго определенных точках с установленной периодичностью. В каждом заторе определяют рН, температуру, полноту осахаривания. В- охмеленном сусле определяют массовую долю сухих веществ, кислотность титруемую и активную, цветность, осахаривание, качество фильтрования, конечную степень сбраживания, вязкость, содержание изогумулона, аминного и коагулируемого азота, сбраживаемых Сахаров. В случае отклонения параметров от заданных - осуществляют корректировку технологического процесса. Таким образом, организация работ по качеству на всем предприятии, и в частности в варочном отделении завода, позволит получить сусло, соответствующее требованиям дальнейших этапов сбраживания, розлива и хранения пива, а также обеспечения высокого качества продукции.

Для объективной оценки качества пивного сусла известна методика оценки индекса качества сусла (ИК_су) [214]. Для её разработки используется экспертный метод. Формируется экспертная группа в количестве 7...11 человек, состоящая из профессиональных специалистов отрасли. По результатам обра-ботки ответов экспертов в систему оценки включены 9 параметров пивного сусла: каждому из которых были присвоены пределы спецификации и толерантности (таблица 12).

Таблица 12 — Пределы спецификации и толерантности для пивного сусла

Каждый-параметр оценивается максимальным баллом (МБ)-1,0 или 1,5. Показатель, значение которого находится в пределах спецификации, всегда оценивается, как минимум, в 1,0 балл или выше. Если значение показателя находится между пределами спецификации и толерантности, то он оценивается ниже, чем в 1,0 балл. Оценка 0 баллов выставляется показателю, значение которого находится за пределами спецификации и толерантности. Эксперты присваивали баллы каждому показателю, если его значение попадало в пределы спецификации и толерантности. Величину ИК_су характеризовали произведением всех баллов, присвоенных

оцениваемым параметрам. Критерии оценки качества сусла были следующие:

при 11,40...17,10 баллах - очень хорошее; 5,00...11,39- хорошее; 2,25...4,99

— стандартное; 0,10.. .2,24 - сомнительное; 0.. .0,09 - неприемлемое.

2.5 Заключение

На основании критического обзора литературы установлено, что несмотря на всестороннее изучение роли режимов приготовления пивного сусла, влияния' состава сырья на многие показатели сусла - отсутствуют комплексные рекомендации по изменению технологических режимов и специальных технологических приемов для получения пивного сусла в современных условиях по интенсивной технологии.

В последнее время на отечественных пивоваренных заводах все шире используют высокопроизводительное оборудование. И если для старого оборудования были отработаны режимы затирания для получения традиционного пива, то для высокопроизводительного оборудования большие объемы вырабатываемой продукции требуют высокого выхода экстракта для* снижения себестоимости, быстрой окупаемости нового оборудования, глубокой степени сбраживания для повышения стойкости пива, и, вследствие этого, новых интенсивных условий затирания. Одновременно и заводы средней и малой мощности стремятся увеличить производительность варочного отделения не существующем оборудовании. Поэтому назрела необходимсть разработать комплексные рекомендации пивзаводам по получению сусла из различного сырья на различном оборудовании с использованием интенсивной технологии.

З Зкспериментальнаяічасть

Работа был а. выполнена на кафедре «Процессы ферментации* и промышленного биокатализа» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский; Государственный университет пищевых производств» (ГОУ ВПОМГУ 1Ш), на ОАО «МПБК «Очаково», ЗАО «Волга-Инвест», и ОАО «Останкинский пивовареннышзавод». 3.1 Материалы и методы исследования; 3.1.1 Объект исследования

Объект исследования — пивоваренный: ячменный солод (Россия) и несоложеное сырье (обезжиреннаякукурузнаяшука - Венгрия);\ кукурузный-и- картофельный крахмал, рисовая крупа; ячмень: (Россия) и полученное в производственных условиях, в том числе; на? высокопроизводительном оборудовании- сусло (неохмеленное и охмеленное), подаваемое на сбраживание в ЦКБ А, образцы сбраживаемого сусла и; пива, отобранные во ? время^ главного; брожения* и созревания? из^ указанных аппаратов, пиво молодое и готовое; ферментные препараты: Ультрафло/Ь, Нейтраза 0;5Ь и Церемикс 2Х Е. (Novozimes, Дания), Глюкозим JIt400 (Ende Industries, Inc, США).

Качественные показатели объектов¹ исследования (зернового сырья; хмелепродуктов) представлены в таблице 13:

Сусло получено из зернопродуктов, согласно действующим технологическим инструкциям; а также по вновь разработанным в рамках данной работы. Затирание проводили несколькими, вариантами одноотварочного раздельного способа ё. Кипячение сусла производили при атмосферном и избыточном давлении: фракционном и динамическом: Охмеление сусло проводили различными типами хмелепродуктов:в таблице 14. Полученное⁵ сусло сбраживали;- в цилиндроконических бродильных аппаратах ЦКБ А большой; вместимости (более 450 м):~

Таблица 13 - Характеристика зернового сырья

Анализ зернового сырья, ферментных препаратов, молочной кислоты, образцов сусла и пива проводили по общепринятым методикам в пивоварении, а также использовали современные методы исследования, такие как гель-фильтрация, автоматическое определение состава пива на анализаторе, спек-трофотометрические, реологические.

Таблица 14 - Качественные характеристики хмелепродуктов

3.1.2 Методы исследований

3.1.2.1. Методы анализа светлого ячменного солода

Органолептический анализ

Органолептические показатели солода определяли по ГОСТ 10967-90 [47]. Определение физико-химических показателей

Массовую долю влаги определяли по ГОСЪ 29294-92 [72]; высушивая навеску в^%сушильном-шкафу при 105 С.

Количество зерен мучнистых и стекловидных определяли по ГОСТ 29294-92 [72] - по поперечному срезу на диафоноскопе.

Экстрактивность солода- тонкого помола, а также разницу экстрактов тонкого и грубого помолов определяли в соответствии-со стандартной методикой [72], основанной-на растворении экстрактивных веществ солода под действием собственных ферментов с последующим определением, концентрации этих веществ в растворе пикнометрически.

Содержание крахмала определяли по* ГОСТ 10845-76* поляриметрическим методом Эвер'са, основанном на способности кислотных гидролизатов крахмала менять угол вращения плоскости поляризации света [72]. Определение физико-химических показателешлабораторного сусла Прозрачность определяли в соответствии с ГОСТ 6825 [72]. Цветность сусла до и после кипячения определяли колориметрическим титрованием [72].

Активную кислотность сусла определяют рН-метром в соответствиих методикой ЕВС 4.18 [72].

Титруемая кислотность определяется методом, основанном на нейтрализации всех находящихся в лабораторном сусле кислот и кислых солей раствором гидроксида натрия [72]. ,

Вязкость определяли в* вискозиметре ВПЖ-1. Метод основан на сравнении времени истечения сусла и дистиллированной воды при 20 С [72]. Продолжительность осахаривания, растворимый азот, число Кольбаха, конечную степень сбраживания определяли по общепринятым методикам [72]. Массовую долю белковых веществ в сухом веществе солода определяли по

модифицированному методу Кьельдаля-по методик ЕВС (4.9.1) [72]. Свободный аминный азот (FAN) определяли в соответствии с методикой ЕВС 4.10 основанной на колориметрическом методе с нингидрином [72 с. 308]. 3.1.2.2 Контроль качества зерна ячменя, рисовой и обезжиренной кукурузной крупы

Органолептические показатели ячменя производили теми же методами, что и при анализе солода. Определение физико-химических показателей

Массовую долю влаги ячменя и рисовой крупы определяли по ГОСТ 13586.5-93[48].

Массовую долю влаги кукурузной крупы определяли по методу [72]. Кукурузные продукты влажностью 9...15 % при размалывании не изменяют влажности, при* превышении или занижении заданных параметров навеску сушат или кондиционируют до заданных параметров. Затем две навески массой^ по 5,0 г в металлических бюксах диаметром 50 мм и высотой 20 мм ставят для высушивания на 4 ч в предварительно нагретый сушильный шкаф три температуре 130... 133 С. Охлаждают навеску в эксикаторе в течение 30 - 45 мин и взвешивают. Влажность опытного образца, выполненного как без подсушивания, так и с предварительным подсушиванием, рассчитывают по методике, принятой для ячменя.

Экстрактивностъ ячменя, рисовой и кукурузной крупы [72] заключается в предварительной обработке измельченных до муки зернопродуктов ферментами солодовой вытяжки в условиях, моделирующих технологический процесс, в целях ферментативного расщепления высокомолекулярных нерастворимых веществ и перевода их в растворимые соединения с последующим определением массовой доли СВ в полученном растворе.

Сожержание жира в кукурузной муке определяли экстракцией серноэти-ловым эфиром в аппарате Сокслетта [72].

Массовую долю белка в зернопродуктах проводили по аналогичной методике для определения белка в ячменном солоде.

3.1.2.3 Определение активности ферментов, сырья и ферментных препаратов

Определение амилолитической способности (активности а-амилазы) колориметрическим методом

Метод основан на способности амилолитических ферментов катализировать гидролиз крахмала до декстринов различной молекулярной массы. За единицу амилолитической способности (АС) принято такое количество фермента, которое катализирует гидролиз 1 г растворимого крахмала за 60 мин при 30 С и рН> среды: 4,7 для грибных препаратов, 6,0 для бактериальных и 4,8...4,9 для солодовых, при концентрации субстрата в реакционной среде 0,667 % и постоянном соотношении фермент-субстрат, обеспечивающем гидролиз крахмала на 30 % за 10 мин.

Определение АС поводят колориметрическим методом (ГОСТ 20264.4-
89). Количество прогидролизованного крахмала в реакционной смеси опреде
ляют колориметрически по интенсивности йодокрахмальной окраски на ФЭК
с длинной волны "к 453 нм (синий фильтр) [72]. ' "

Похожие диссертации на Разработка интенсивной технологии сусла на современных пивоваренных заводах

Исследование основных процессов производства сусла и разработка рациональной технологии пива и кваса на заводах малой мощностиШпилко Александр Геннадьевич

Разработка технологии сбраживания высококонцентрированного сусла из ячменяУстинова, Алиса Сергеевна

Разработка интенсивной технологии сбраживания плотного сусла при получении пива специальногоКиселева Ирина Валерьевна

Разработка технологии напитков на основе солодового сусла и яблочного сокаБаланов Петр Евгеньевич

Разработка экструзионно-гидролитической технологии получения высококонцентрированного зернового сусла в спиртовом производствеШариков, Антон Юрьевич

Разработка технологии этанола из ИК-обработанного ячменя на основе получения и сбраживания концентрированного суслаСумина Людмила Ивановна

Развитие теоретических основ и разработка технологий мучных изделий повышенной биологической ценности с использованием дикорастущего сырья Красноярского краяСтрупан, Екатерина Анатольевна

Разработка технологии производства муки тритикалевой для хлебобулочных изделийСусликов Алексей Витальевич

Разработка технологии получения виноматериалов с использованием иммобилизованных дрожжей, обеспечивающей биотрансформацию пестицидовХарламова, Лариса Николаевна

Разработка технологии производства яблочных игристых вин на основе направленного регулирования и интенсификации процесса вторичного броженияКучерявый, Леонид Михайлович