Процессы, происходящие при кипячении сусла

При кипячении сусла происходит ряд следующих важных процессов:

· растворение и превращение компонентов хмеля

· образование и коагуляция конгломератов белковых и дубильных веществ,

· выпаривание воды,

· стерилизация сусла;

· разрушение всех ферментов;

· повышение кислотности сусла;

· образование редуцирующих веществ;

· изменение содержания в сусле диметилсульфида (ДМС) и других летучих веществ

Растворение и превращения составных частей хмеля.

При получении пива прежде всего важны следующие компоненты хмеля:

· хмелевые смолы или горькие вещества

· хмелевое масло;

· дубильные вещества хмеля.

Хмелевые смолы и горькие вещества хмеля – важнейшие для приготовления пива хмелевые компоненты, так как они придают пиву горький вкус α-кислоты - в холодном сусле почти не растворяются. В кипящем же сусле структура α-кислот претерпевает перестройку, называемую изомеризацией. Возникшие изомеризованные соединения обладают значительно большей растворимостью, чем исходные α-кислоты.

Изомеризация α-кислот при кипячении ни в коей мере не является полной. В среднем охмеленное сусло содержит в виде изомеризованных соединений лишь треть из введенных в него с хмелем α-кислот. В ходе дальнейшего процесса получения пива выделяется значительная часть горьких веществ. Можно считать, что из перешедших при кипячении в раствор горьких веществ остаются:

	Горькие вещества	С относительным показателем горечи
В хмелевой дробине	20%	7%
В белковом отстое	50%	18%
В деке и дрожжах	10%	25%
В пиве	20%	50%

При кипячении выход изогумулона, а с ним и горечь пива, зависит в основном от:

1. Природы изогумулонов. Различные составные части α-кислот имеют весьма отличающуюся степень изомеризации, лучший выход изогумулона дает когумулон. Путем применения сортов хмеля с высоким содержанием когумулона (например, Northern Brewer) получают большую горечь пива.

2. Длительности кипячения. С увеличением времени кипячения возрастает выход изогумулона. Большая часть α-кислот к началу кипячения изомеризуется, и выход с ростом длительности кипячения возрастает все медленнее. Через один час кипячения большая часть горьких веществ изомеризуется.

3. Величины pH. Большая величина pH всегда дает лучшую изомеризацию, но горечь при более низких значениях pH всегда чувствуется более выровненной и тонкой.

4. Концентрации гумулонов. С ростом нормы внесения хмеля выход изогумулона убывает, это убывание, однако, происходит в узких пределах (до 10%).

5. Отделения изогумулонов с взвесями горячего сусла. Существенная часть изогумулона адсорбируется взвесями.

6. Повышения интенсивности процессов изомеризации, например, с помощью использования более высоких температур кипячения.

7. Степени измельчения хмеля. Измельчение увеличивает скорость экстракции и с ней - выход горьких веществ (см. также разделы о получении гранул и экстракта хмеля).

При кипячении сусла хмелевое масло обладает летучестью, и в тем более высокой степени, чем дольше ведется кипячение. Выше было показано (см. раздел 1.4.4.2), что различные хмелевые масла обладают очень различным по силе и восприятию запахом. Поэтому представляет интерес хотя бы частично сохранить в сусле (и тем самым в пиве) лучшие хмелевые масла с учетом типа производимого пива. В этих целях на некоторых предприятиях, чтобы сохранить как минимум часть лучшего хмелевого масла, задают хмель с лучшим ароматом (ароматический хмель) лишь за 15-20 мин перед окончанием кипячения.

Дубильные вещества хмелярастворимы в воде и сразу переходят в раствор. К этим веществам принадлежат антоцианогены, таннины и катехины. Они заметным образом участвуют в образовании взвесей горячего сусла (см. следующий раздел).

В ходе дальнейшего производства пива дубильные вещества (особенно антоцианогены) полимеризуются все сильнее и могут ухудшить стойкость пива. Дубильные вещества участвуют в образовании полноты вкуса и горечи пива.

Образование соединений белковых и дубильных веществ и их коагуляция

Дубильные вещества хмеля исолода полностью растворяются в сусле и связываются с его белками. Дубильные вещества солода при этом несколько более активны, чем хмелевые. Так как дубильные вещества находятся частично в окисленной форме, а белковые вещества имеют к тому же различную величину молекул, образуются различные, отличающиеся своим поведением соединения.

Соединения протеинов и дубильных веществ, а также соединения белковых веществ и окисленных дубильных веществ при высокой температуре нерастворимы и выпадают в осадок при кипячении сусла в виде взвесей горячего сусла.

Под взвесями горячего сусла понимают хлопья, образующиеся всусле при кипячении. Желательно отделить эти соединения по возможности полнее.

Образованию взвесей горячего сусла способствуют:

a) увеличение длительности кипячения, при кипячении в течение 2-х часов эти соединения осаждаются взначительной степени;

b) требуемая продолжительность кипячения для осаждения белков уменьшается с ростом давления и при одновременном повышении температуры. Например, при t = 140°С для образования взвесей горячего сусла требуется лишь 3-5 мин;

c) интенсивное движение кипящего сусла, благодаря чему улучшается реакция между белковыми веществами и полифенолами

d) низкая величина pH, для образования взвесей горячего сусла оптимальное значение pH составляет 5,2, и поэтому желательно перед кипячением сусла понизить pH.

Образование взвесей горячего сусла вконце кипячения сусла проверяют с помощью пробного стаканчика. При этом наярком свету сусло должно казаться прозрачным, с блеском, а взвеси горячего сусла должны быстро оседать на дне стаканчика в виде конуса. По опыту в зависимости от крупности взвесей горячего сусла можно сделать заключение о степени коагуляции белка.

Комплексные соединения продуктов расщепления белка и дубильных веществ сохраняются в растворе при кипячении сусла, они осаждаются лишь при его охлаждении в виде взвесей холодного сусла (см. раздел 3.9.1.2).

Несмотря на длительное кипячение в растворенном состоянии остается небольшое количество высокомолекулярных, еще способных к коагуляции азотистых веществ (< 2 мг коагулируемого азота на 100 мл сусла = 20 мг/л), эти соединения осаждаются лишь в пиве и участвуют в образовании его холодного помутнения.

Испарение воды

При кипячении сусла происходит его упаривание до установленной концентрации.

Образование взвесей горячего сусла зависит от интенсивного кипячения.

Интенсивное кипячение означает сильное движение содержимого котла и одновременно сильное испарение воды. Тем самым количество испаренной воды находится впрямой зависимости от желаемой степени отделения белков, и поэтому долгое время показатель степени испарения в 10-15% от набора сусла был нормальным показателем для хорошего сусловарочного котла. Ниже будет показано, что положение изменилось. Мерой интенсивности испарения является все количество испарившейся воды во время варки (степень испарения).

Степень испарения свидетельствует о том, сколько процентов от общего набора сусла испаряется.

От принятого ранее показателя, выражавшего в процентах количество испаряемой воды в час, в настоящее время отказались, так как в современных варочных агрегатах продолжительность кипячения, как правило, длится лишь немногим более 1 часа. Степень испарения также выдается иногда в гл/гл горячего охмеленного сусла, что неверно, так как исходным количеством является общий набор неохмеленного сусла.

Пример

В сусловарочном котле содержится набор сусла 360 гл, а после кипячения оказалось 339 гл. Какова степень испарения?

360 гл набор сусла

339 гл горячего охмеленного сусла

21 гл испарившейся воды

360 гл общего набора сусла =100%

21 гл испарившей воды = Х%

Итого: степень испарения (общее испарение) составляет 5,83%.

Испарение воды требует расхода дорогостоящих энергоресурсов. Поэтому желательно:

· не кипятить больше чем необходимо;

· не обязательно испарять много воды;

· по мере возможности часть использованной энергии применять снова.

На этом принципе был разработан способ плотного пивоварения - high-gravity brewing (см. раздел 4.9.1), при котором изготавливают более концентрированное сусло, чем это соответствует готовому пиву. Благодаря этому данный способ позволяет кипятить меньшее количество сусла (= воды), в связи с чем расходы снижаются.

Однако для испарения воды имеет значение еще и другой важный аспект. Чем больше воды испаряется, тем большим количеством воды можно было раньше промывать дробину, а значит, более интенсивное испарение одновременно вносит вклад в улучшение выхода экстракта. Но не стоит слишком долго и интенсивно кипятить сусло ради улучшения выхода экстракта, так как это вряд ли окупит затраты, ведь стоимость расходуемой энергии в определенный момент станет больше, чем стоимость дополнительно полученного экстракта.

Поскольку испаряется только вода, экстрактивность сусла повышается. Так как в различных по конструкции сусловарочных котлах интенсивность испарения разная, эта величина повышения экстрактивности сусла связана с особенностями данного производства. Экстрактивность сусла возрастает вместе с увеличением степени испарения и в горячем охмеленном сусле она может составлять более чем 2% по отношению к экстрактивности сусла при полном наборе в сусловарочном котле.

Экстрактивность охлажденного сусла перед введением посевных дрожжей (она приблизительно соответствует массовой доле сухих веществ в начальном сусле) определяется рецептурой для того или иного типа пива. Но при этом следует учитывать, что изменение экстрактивности также происходит при охлаждении. Оно обусловлено особенностями производства и проявляется при открытом охлаждении больше, чем при закрытом. Из-за испарения воды на участке охлаждения иосветления сусла экстрактивность сусла несколько возрастает, а при добавлении в сусло остатков воды, например, после промывки хмелевой дробины и т.п. экстрактивность сусла несколько уменьшается.

Поэтому в конце кипячения экстрактивность сусла следует так установить, чтобы ни изменения экстрактивности в ходе осветления и охлаждения сусла, ни последующие разбавления пива путем добавления разбавленных фильтрационных остатков не вели к тому, что массовая доля сухих веществ в начальном сусле установилась бы на уровне ниже предусмотренного рецептурой (см. к этому рис. 3.102).

На производстве с целью недопущения занижения массовой доли сухих веществ в начальном сусле стараются готовить сусло с запасом 0,2-0,3%. Таким образом, контроль экстрактивности является для пивовара очень важной задачей.

Стерилизация сусла

С пылью из солода в затор попадает большое количество различных микроорганизмов, которые если их не уничтожить, могут быстро вызвать порчу пива. При кипячении сусла все содержащиеся в сусле микроорганизмы погибают.

Разрушение всех ферментов

При кипячении сусла полностью уничтожаются еще сохранившиеся в нем в небольшом количестве ферменты. В связи с этим в составе сусла больше невозможны последующие неконтролируемые изменения. Если эти изменения в последующем необходимы, например, если горячее охмеленное сусло имеет клейстерное помутнение или если нужно готовить диетическое пиво для больных диабетом (см. разд. 7.3.2), то для полного расщепления крахмала по йодной пробе или для увеличения содержания сбраживаемых сахаров сусло подвергают дополнительной обработке с добавлением солодовой вытяжки или первого сусла.

Повышение цветности сусла

После кипячения сусло становится несколько темнее, так как образуются меланондины и окисляются дубильные вещества, что обусловливает повышение цветности сусла. Горячее охмеленное сусло несколько темнее, чем приготовляемое из него пиво. При брожении цветность пива снижается опять.

Например

Цветность сусла и пива приготовления (для	Единиц
Неохмеленное сусло, полный набор	8,8.
Горячее охмеленное сусло	13,0
Пиво	12,3

Повышение кислотности сусла

Кислотность сусла несколько повышается, так как образующиеся при кипячении меланондины дают кислую реакцию, и, кроме того, некоторую часть кислотности вносит хмель.

Величина pH при полном наборе в сусловарочном котле без подкисления затора составляет около 5,5-5,6, а pH горячего охмеленного - около 5,4-5,5.

Многие важные для пивоваренного производства процессы лучше и быстрее протекают при пониженной величине pH. К таким процессам при кипячении сусла относятся:

· Хорошая коагуляция белково-дубильных комплексных соединений при pH 5,2;

· меньшее повышение цветности сусла при низких значениях pH;

· тонкая и более благородная горечь хмеля при пониженных значениях pH;

· повышенная чувствительность микроорганизмов к более низким значениям pH.

Недостатком при пониженном значении pH является худшее использование горьких веществ хмеля, из-за чего его расход должен быть больше.

Желательно перед окончанием кипячения подкислить сусло до pH 5,1-5,2.

Существующие для этого возможности и необходимые мероприятия см. в разделе 3.2.1.8.

3.4.1.8. Образование редуцирующих веществ (редуктонов)

При кипячении сусла образуются соединения, способные связывать кислород сусла и, следовательно, оказывать восстанавливающее действие. Эти вещества называются редуктонами. К ним относятся, например, меланондины, механизм образования которых рассматривался выше.